hamradioshop.ro
Articole > Echipamente si constructii radio Litere mici Litere medii Litere mari     Comentati acest articol    Tipariti

Antene exponențiale

Partea a 2-a: Optimizare

YO8RAC - Codruț Alecsandrescu, YO4UQ - Cristian Colonati

Am fost plăcut impresionat de interesul cu care a fost primită acestă antenă în decursul timpului  în spațiul YO. Am reținut și încercările concrete de realizare și funcționare promovate de către “hamii” noștrii cu mult timp în urmă. Adevărata surpriză a fost însă inițiativa lui Codruț – YO8RAC care a venit cu două propuneri remarcabile:

a.       Descrierea parametrizată a antenei exponențiale și

b.      Propunerea de optimizare a acesteia în scopul îmbunătățirii parametrilor de funcționare.

Nu m-am gândit nici un moment că acestă antenă ar mai prezenta un interes efectiv iar exercițiul din primul articol a fost numai un exemplu de funcționare pentru programul de simulare 4NEC2 pentru o descriere “nostalgică” de antenă filară.

Meritul acestei noi intervenții îi revine în totalitate lui Codruț precum și comentariilor pozitive din subsolul articolului care m-au îndemnat la continuarea unei noi prezentări extensive. Cu acordul lui Codruț YO8RAC, care a lăsat la latitudinea mea elaborarea prezentării, voi încerca să trecem în revistă evoluțiile parametrilor constructivi și electrici ai acestei antene ca rezultat al proceselor de optimizare. Nu vom intra în detaliile procesului de optimizare ci vom prezenta cât mai sugestiv rezultatele. Dacă timpul și “timpurile” ne vor permite vom încerca să facem în viitor un tutorial asupra subiectului de optimizare.

Pentru cine a citit primul articol cu privire la antena exponențială descrisă de YO2CJ, paramerii constructivi inițiali propuși pentru optimizare (care se regăsesc în tabul “Symbols” din fereastra Edit a programului 4NEC2) de către YO8RAC, au fost:

-          înălțimea antenei = Hight14M = 5.25m care a fost selectată dar la care nu s-a umblat în optimizare.

-          raza mijlocie = Radius14M = 1.14m

-          înălțimea cercului mijlociu = HightExpo = 1.7m

-          radial pentru 14MHz = CW14M = 5.4m

-          radial pentru 21MHz = CW21M = 3.6m

-          radial pentru 28MHz = CW28M = 2.7m

Denumirile parametrilor sunt cele originale date de Codruț iar ca dimensiuni de plecare în procesul de optimizare au fost cele propuse în documentația originală. Pentru radiale au fost propuse inițial dimensiuni relativ acordate în λ/4 funcție de benzi. În continuare vom trata mai multe variante constructive asupra cărora s-au încercat procese de optimizare.

-          Propunerea lui Codruț care va fi regăsită sub denumirea de YO2CJ_RADIAL_MB_PARAM_OPT_6.nec și apoi schimbată de mine într-un pachet de mai multe variante în YO2CJ_0_ART1.

-          Alte trei variante de optimizare la acestă primă propunere YO2CJ_0_ART2, YO2CJ_0_ART3, YO2CJ_0_ART4 realizate de YO4UQ.

-          O variantă constructivă nouă pentru antena exponențială în care am mărit numărul de elemente radiante de la 6 la 12 decalate spațial la 30 de grade unul de altul, cu montaj și radiale la sol.

-          Aceeași variantă constructivă cu 12 elemente radiante ridicată de la sol și radiale înclinate la 120 grade.

-          La propunerea lui Morel 4X1AD (ex YO4BE) o variantă pentru benzile joase 3,5 și 7 MHz.

1.       Propunerea lui YO8RAC pentru parametrizarea geometriei antenei: tabul Geometry, tabul Symbols cu rezultatele dimensionale în urma optimizării și tabul Source/Load cu sursa de alimentare.

-          Exemplul ferestrei “Optimizer and Evaluator”.

-          Graficele cu parametri SWR/RL, Gain și Impedance.

-          Schițele constructive pentru antenele optimizate.

-          Tabul Geometry cu valorile rotunjite la nivel de cm pentru elementele dimensionale constructive.

Dacă încărcați singuri aceste valori, deja optimizate, în fereastra Edit din tabul Geometry și rulați 4NEC2 obtineți graficele de funcționare și parametrii electrici ai acestei antene. Este de menționat încă de la început că procesul de optimizare se poate face cu toți parametrii simultan sau selectiv cu unul sau mai mulți parametrii în etape de optimizare diferite. Se alege soluția optimizată cea mai convenabilă.

Prima captură de ecran prezintă fereastra Edit tabul Geometry cu varianta sa parametrizată cu variabilele definite pentru optimizare așa cum au fost ele definite de YO8RAC.

În continuare se vede tabul Symbols cu valorile inițiale ale parametrilor care vor intra în optimizare.

Din meniul principal al lui 4NEC2 – Calculate se alege opțiunea Start Optimizer și așa cum se vede în figura următoare, fereastra Optimizer and Evaluator se selectează cu click una sau mai multe variabile care trec din coloana Variables în coloana Selected. Se dă din buton Start și începe optimizarea. La sfârțitul procesului de optimizare se dă Update NEC–file și noile date ale parametrilor optimizați se duc în fișierul [nume].nec cu care am lucrat.

Este util de menționat că procesul de optimizare poate avea o durată remarcabilă funcție de numărul de parametrii selectați simultan și de memoria și viteza de lucru a calculatorului. Pentru calculatorul meu cu parametrii medii de funcționare: Win7 pe 32 de biți, 4GB memorie din care Win7 vede numai 3GB și un procesor Intel E8400 la 3GHz pentru un proces de optimizare cu un singur parametru durata a fost de cca. 1 minut iar pentru un proces de optimizare cu toți cei 5 parametrii a fost de cca. 15 de minute. Deci atenție la capacitatea de calcul pe care o aveți atunci când doriți să faceți o optimizare. Durata mai depinde și de complexitatea constructivă a antenei, numărul de taguri și numărul de segmente definite în tabul Geometry.


Prin optimizările succesive făcute de Codruț sau obținut rezultatele care sunt prezentate în figura alăturată. Fișierul final optimizat, după ce i s-au verificat  toate caracteristicile pentru  frecvențele de interes și sau vizualizat curbele caracteristice pentru parametrii electrici în lărgimea de bandă 13 la 30 MHz, a fost salvat cu o nouă denumire YO2CJ_0_ART1 pentru a face loc și altor variante de optimizare.  Sunt prezentate în continuare soluțiile obținute pentru acestă variantă.

Graficul de eșantionare cu pasul de 0.5MHz între 13 și 30MHz pentru SWR și RL.

Graficul pentru câștigul antenei Gain și Forward/Backward în același interval de frecvențe. Se observă un Gain foarte prost în aproape toată gama de frecvențe acoperită.

Rezistența Rs, reactanța X, impedanța Z și variația fazei în intervalul 13 la 30 MHz.

 

 

Cum arată parametrii constructivi pentru cele 4 variante de optimizare.

 

Parametrii constructivi

YO8RAC

YO2CJ_0_ART1

YO4UQ

YO2CJ_0_ART2

YO4UQ

YO2CJ_0_ART3

YO4UQ

YO2CJ_0_ART4

Înălțimea H

5,25

5,25

5,25

5,25

Diametrul mediu D

1,39

1,65

2,00

1,75

Înălțimea la D mediu

0,44

0,5

0,3

0,73

4 x radiale 14MHz

5,59

5,51

5,46

4,24

4 x radiale 21MHz

2,61

2,99

1,34

3,04

4 x radiale 28 MHz

2,73

2,89

2,94

2,58

Dimensiunile sunt date în metrii cu rezoluție la nivel de cm.

Înălțimea H este dată de la punctul rece al radialelor plus 0.15m izolatorul de montare și conexiunea caldă.

Înălțimea la D mediu este de la punctul cald la diametrul mediu D al radiantelor.

Sunt 12 radiale decalate între ele la 30 de grade, perechi de câte 4 la 90 de grade.

Parametrii electrici obținuți pentru cele 5 benzi acoperite în soluțiile optimizate de bandă largă.

 

YO2CJ_0_ART1 alias YO8RAC  YO2CJ_RADIAL_MB_PARAM_OPT_6

Fq [MHz]

λ [m]

Z [Ω]

modul Z [Ω]

SWR

Rad eff. [%]

14.05

21.34

49.8+j9.03

49.36

1.2

12.2

18.1

16.56

79.9+j0

75.10

1.35

16.76

21.05

14.24

69.4-j2.21

69.22

1.39

21.64

24.95

12.02

74.9-j15.6

76.37

1.61

27.83

28.05

10.69

54.5-j19.4

58.23

1.46

34.22

YO2CJ_0_ART2  YO4UQ

Fq [MHz]

λ [m]

Z [Ω]

modul Z [Ω]

SWR

Rad eff. [%]

14.05

21.34

49.7+j8.28

49.26

1.18

11.91

18.1

16.56

74.6+j1.66

60.44

1.12

17.56

21.05

14.24

70.8+j10.9

71.35

1.48

22.08

24.95

12.02

77-j5.59

77.08

1.55

27.96

28.05

10.69

58-j9.73

59.16

1.26

34.36

YO2CJ_0_ART3  YO4UQ

Fq [MHz]

λ [m]

Z [Ω]

modul Z [Ω]

SWR

Rad eff. [%]

14.05

21.34

53.6+j24.4

57.43

1.6

10.83

21.34

16.56

63.6-j14.4

65.83

1.42

15.46

16.56

14.24

65-j0.06

64.87

1.3

20.71

14.24

12.02

64.7-j2.13

64.58

1.3

25.94

12.02

10.69

56+j3.34

56.20

1.14

29.81

YO2CJ_0_ART4 YO4UQ

Fq [MHz]

λ [m]

Z [Ω]

modul Z [Ω]

SWR

Rad eff. [%]

14.05

21.34

29.5-j0

29.19

1.7

16.84

18.1

16.56

85.3+18.4

87.06

1.82

18.52

21.05

14.24

85.5+J5.16

88.40

1.78

24.01

24.95

12.02

67.9-J24.7

71.56

1.68

31.96

28.05

10.69

42.7-J6.76

43.61

1.24

42.72

               

                În continuare sunt este prezentat tab-ul Geometry din varianta YO8RAC în care coordonatele spațiale X, Y, Z ale elementelor din care este construită antena (tag-urile optimizate) sunt date în valori absolute cu rezoluția la nivel de centimetrii. Dacă aveți răbdarea să incărcați tab-ul Geometry cu aceste valori și rulați 4NEC2 obțineți soluția prezentată și o antenă perfect realizabilă fizic. Nu uitați setările în taburile Source/Load și Freq./Ground.

2.       Antena exponențială ameliorată. O variantă constructivă specială propusă de YO4UQ.

Bazat pe rezultatele obținute până în acest moment am încercat o variantă mai complexă în scopul de a determina o ameliorare a rezultatelor. S-au propus ca elemente constructive:

-          păstrarea înălțimii antenei.

-          suplimentarea numărului de elemente radiante filare de la 6 la 12 aranjate stelar cu un pas de 30 de grade.

-          un număr de câte 4 radiale acordate (prin optimizare) pe fiecare din cele trei benzi (14, 21, 28MHz) aranjate simetric la 90 de grade pe fiecare bandă și decalate câte trei, între benzi, cu 30 de grade.

-          optimizarea pe aceleași elemente constructive: înălțimea cercului mijlociu, raza cercului mijlociu și lungimea radialelor.

-          suplimentar după constatări a apărut un element nou de optimizare, încărcarea capacitivă a antenei.

Constatări:

Prin adăugarea elementelor radiante filare antena a căpătat o încărcare inductivă suplimentară. Pentru a compensa acestă încărcare inductivă s-a aranjat în vârful antenei o încărcare capacitivă formată din 12 spițe” stelate. A fost adăugat simbolul C drept parametru de optimizare pentru determinarea lungimii spițelor și obținerii unei capaciăți de compensare convenabile. Rezultatul multiplelor cicluri de optimizare a fost obținerea unei antene de bandă largă cu un SWR permanent sub 1:2 pentru toată gama de la 13 la 30MHz și ameliorarea câștigului de la -2.6dBi la 14MHz la +2.6dBi la 28MHz. Rezultatele dimensionale constructive s-au păstrat convenabile. Este prezentat tabul Geometry parametrizat care permite optimizarea după mai mulți parametrii.

 

Ca urmare a mai multor cicluri de optimizare încercate s-au obținut și două rezultate semnificative în care s-au realizat atât un bun raport de unde staționare cât și o ameliorare a câștigului în toată banda de la 13 la 30MHz. Valorile dimensionale ameliorate ca urmare a optimizării sunt prezentate în tabul Symbols din captura de ecran alăturată. Aceste variante au fost realizate cu radialele la sol, antena ridicată doar pe izolatorul de bază.

Puțin mai jos este postat și tabelul cu principalii parametrii radioelectrici ai celor două variante optimizate.

Ca anexe la prezentul material vor fi date toate fișierele .nec care pot fi lansate cu 4NEC2 și testate de către dumnevoastră.

 

 

 

                Se vede în continuare ameliorarea Gain în toată banda de la 13 la 30 MHz. Se vede câștigul total pentru elevația de 30° crescând linear de la -2dBi la 14MHz la +3dBi la 28MHz

                                Tabelul cu parametrii electrici pentru cele două varante ameliorate.

ALL_12_wires_1 YO4UQ

Fq [MHz]

λ [m]

Z [Ω]

modul Z [Ω]

SWR

Rad eff. [%]

14.05

21.34

29.8-j4.08

30.14

1.69

18.01

18.1

16.56

52.7+j22.8

56.75

1.56

24.03

21.05

14.24

57.3+j25

62.25

1.62

30.74

24.95

12.02

72.4+j17

74.21

1.59

44.67

28.05

10.69

52.6+j10.1

53.95

1.22

60.23

ALL_12_wires_7 YO4UQ

Fq [MHz]

λ [m]

Z [Ω]

modul Z [Ω]

SWR

Rad eff. [%]

14.05

21.34

41.8-j241

48.45

1.73

48.45

18.1

16.56

47.8-j2.07

47.59

1.06

47.59

21.05

14.24

55+j4.81

55.30

1.14

55.30

24.95

12.02

59.2+j2.53

59.16

1.19

59.16

28.05

10.69

52.2-3.81

51.73

1.08

51.73

 

Parametrii constructivi

ALL_12_wires_1

ALL_12_wires_7

Înălțimea Hight

5,25

5,25

Raza medie Radius

1,7

1,4

Înălțimea la Radius

1,52

1,47

4 x radiale 14MHz

4,04

2,94

4 x radiale 21MHz

3,29

2,08

4 x radiale 28 MHz

6,6

9,24

C capacitatea vârf

12 x 0,5m

12 x 0,6m

 

                În cea de adoua variantă din tabelul de mai sus ALL_12_wires_7 sau obținut parametrii de adaptare foarte buni iar câștigul a fost similar cu cel din prima variantă. Eficiența de radiație s-a uniformizat pentru întreaga lărgime de bandă. S-a obținut o adevărată antenă de bandă largă pentru toate benzile între 14 și 28MHz.

                Nu trebuie să vă mirați de lungimile radialelor generate de către 4NEC2 în procesele de optimizare. În corelare cu toate celelalte elemente constructive și caracteristicile solului “Măria Sa Programul” care conține algoritmii matematici de optimizare pentru a minimiza SWR și reactanța Xs a făcut ce știe el mai bine și a scos un rezultat corespunzător. Am marcat cu roz cei mai buni parametrii electrici și dimensionali.

                Poate cineva, cândva, va încerca să construiască acestă antenă și să comunice rezultatele.

               

                Câștigul total ameliorat al antenei exponențiale la sol cu 12 radiante și 12 radiale acordate.

Ca o ultimă variantă de optimizare, pentru a încerca în continuare să ameliorăm câștigul antenei, s-a recurs la soluția ridicării acesteia de la sol astfel încât radialele (de data acesta de lungime fixă, nerezonante) să facă clasicul unghi de 120 grade între două radiale opuse față de verticală. Rezultatele nu mai sunt la fel de bune ca pentru antena aranjată la sol. În schimb s-a ameliorat semnificativ câștigul total.

Pentru a nu aglomera spațiul de postare vom da numai captura de ecran care să arate ameliorarea câștigului și marcate cu roz dimensiunile. Se observă ameliorarea câștigului care este pozitiv pe tot intervalul de la 14 la 28 MHz, unde ajunge la peste +4dBi.

      Tabelul cu parametrii electrici ai antenei cu 12 radianate si 12 radiale fixe ridicata de la sol

12_W_OPTa YO4UQ

Fq [MHz]

λ [m]

Z [Ω]

modul Z [Ω]

SWR

Rad eff. [%]

14.05

21.34

37.7+j21.6

42.90

1.76

30.81

18.1

16.56

72.1+j59.2

91.88

2.74

38.58

21.05

14.24

114+j66.8

131.74

3.19

47.82

24.95

12.02

121+j21.2

153.74

3.11

67.25

28.05

10.69

132-j9.68

132.31

2.65

89.8

12_W_OPTd YO4UQ

Fq [MHz]

λ [m]

Z [Ω]

modul Z [Ω]

SWR

Rad eff. [%]

14.05

21.34

51.2+j34.6

61.0

1.96

31.49

18.1

16.56

114+57.6

125.6

2.96

43.03

21.05

14.24

148-j0.06

148

2.95

61.61

24.95

12.02

66.1-j10.6

66.1

1.4

11.7

28.05

10.69

78.5+j66.9

101.3

3.02

94.43

 

Parametrii constructivi

12_W_OPTa

12_W_OPTd

Înălțimea  Hight

5,10

5,10

Raza medie Radius

1,14

1,14

Înălțimea la Radius

1,7

1,7

4 x radiale 14MHz

5,6

5,6

4 x radiale 21MHz

5,6

5,6

4 x radiale 28 MHz

5,6

5,6

C capacitatea vârf

12 x 0,3m

12 x 0,98m

Urcarea antenei H

3,05

3,05

               

Așa arată schițele celor două antene exponențiale cu câte 12 elemente radiante și tot atâtea radiale pentru care s-au obținut cele mai bune optimizări. Prima, ALL_12_radials_7 cu radialele la sol și cea de a doua 12_W_OPTa ridicată de la sol cu 3m și radiale de lungime fixă încliate. Dimensiunile sunt date în tabelele de mai sus. Capturile de ecran alăturate au fost făcute din 4NEC2 unde din meniul principal s-a ales Setting > Geometry Edit iar apoi s-a activat tot din meniul principal Edit.

 

 



Scurte concluzii.

-          Mulțumesc încă odată lui Codruț pentru ideie. Reluarea optimizărilor a fost de-a dreptul incitantă și rezultatele chiar au depășit așteptările.

-          Se relevă încă odată puterea simulatoarelor de antene în proiectarea sau măcar în evaluarea performanțelor. Acum nu mai este cazul să-i credem pe diverșii ofertanți pe cuvânt ci avem posibilitatea chiar să verificăm, cel puțin pentru antenele mai simple, parametrii ofertei.

-          Cârcotașii” vor spune că au lucrat la fel de bine DX-uri și cu un fir lung sau cu o antenă de o formă bizară, aranjată la nimereală și că nu este nevoie de atâta analiză. Din punctul lor de vedere s-ar putea să aibă dreptate... dar antenele de construcție nouă, industriale sau de amator oferite astăzi, sunt toate trecute prin studii de optimizare.

-          Pentru prietenul nostru Morel 4X1AD, pe care îl știm bun cunoscător al antenelor, am atașat două fișiere .nec pentru benzile joase de 3,5 și 7 MHz ale antenei exponențiale descrise de YO2CJ în cartea sa. Din păcate după mai multe încercări de optimizare nu am reușit să ajung la un rezultat convingător. Poate Morel va reuși.

 

Anexe atașate.

-          Sub formă compresată: fișierele .nec executabile NEC_files ; capturi de ecran ca exemple pentru situațiile analizate YO8RAC_ART1_ARC4 variantele cu 6 radiante, Wire_12_JOS variantele cu 12 radiante la sol, Wire_12_SUS variantele cu 12 radiante ridicate și radiale înclinate.

-          Articolul sub formă .pdf.

YO8RAC - Codruț Alecsandrescu, YO4UQ - Cristian Colonati 

Articol aparut la 23-3-2015

5225

Inapoi la inceputul articolului

Comentarii (16)  

  • Postat de Morel - 4X1AD (4x1ad) la 2015-03-23 19:27:42 (ora Romaniei)
  • Felicitari lui YO4UQ si YO8RAC pentru noul material care exploreaza metodele de optimizare oferite de programul 4NEC2 (si nu numai). Incet-incet, se completeaza imaginea si farmecul posibilitatilor extraordinare oferite celor care se incumeta sa intre in domeniul simularilor de antene. Materialul ofera si o mai buna constientizare a influentei si contributiei reale a radialelor in diverse unghiuri si configuratii, domeniu destul de neglijat.


    Stiu ca inca sunt multi carora nu le-a iesit antena lui YO2CJ la vremea ei. Acest lucru ar trebui poate reconsiderat deoarece astazi, cu ajutorul simularii exemplificate de YO4UQ si YO8RAC se pot economisi sutele de tatonari si mai ales de corelari necesare ca aceasta antena sa fie adusa intr-un punct optim de functionare multiband. Acesta a fost motivul pentru care antena nu a mers. Daca la o antena monoband simpla, filara, monofilara, orizontala, verticala etc., este relativ usor sa o aduci la rezonanta, complet alta este situatia cand vorbim de antene multibanda. Ele trebuie aduse in situatia cand vor prezenta nu numai o impedanta asemanatoare in toate benzile acoperite (pentru a permite un singur punct comun de alimentare), ci si o eficienta de radiatie cat mai mare, impreuna cu unghiuri de elevatie adecvate pe toate benzile, numar de lobi cat mai redus si de forme adecvate. Totul trebuie corelat si cu ground-ul real, inaltimea specifica a antenei si unghiurile practic obtenabile pentru radiale, numarul optim de radiale etc.etc. … Sau, cum ar spune unii, combinatii de n luate cate n.


    Chiar si radioamatorii cu background tehnic serios si abilitati de calcul iesite din comun, nu vor putea obtine compromisul cel mai optim posibil fara sa apeleze la un program de simulare. Cum spunea si YO4UQ, in timpul simularii diverselor versiuni, au aparut schimbari in caracterul inductiv sau capacitiv al impedantei antenei care trebuie compensate. Aceasta a dus la necesitatea calcularii/simularii acelui “top hat” adaugat ulterior. Evident, ne putem multumi sa aducem antena la un SWR rezonabil dupa vechile metode, insa daca vrem ca ea sa scoata maximul posibil in conditiile de locatie specifice, atunci trebuie sa apelam la o simulare & optimizare, urmata de un numar foarte redus de tatonari/ajustari finale de lungimi si unghiuri pe antena reala.


    Stiu ca exista sceptici de genul “teoria ca teoria dar in practica e altceva”. Programele de simulare nu sunt infailibile, au si limitari inerente. Dar pentru cerintele de zi cu zi ale unui radioamatorul ele sunt suficiente si credibile. Dupa mii si mii de simulari facute in ultimii ani, am constatat ca daca antena este executata la unghiuri si dimensiuni cat mai aproape de modelul geometric perfect al simularii, atunci rezultatele simularii sunt foarte apropiate de cele obtinute practic si pe teren. Si reciproc, putem adapta modelul simulat la realitatile de pe teren si putem vedea cum se poate optimiza antena reala. In acest caz, nu mai exista situatie gen “teoria ca teoria…”. Unul dintre ultimele exemple practice sunt cele cateva sute de simulari facute pentru un vertical de 160 & 80m pentru inimoasa echipa de la YR8E, prin care am putut sa le ofer un numar de optiuni constructive din care sa aleaga compromisul cel mai optim posibil cu materialele si locatia pe care o aveau la dispozitie. Adica o adevarata customizare si nu preluarea automata a unor scheme de antene din vreun Antenna Handbook sau de pe internet. Rezultatele practice si cele teoretice au fost foarte de apropiate.


    Ma bucur ca YO4UQ s-a dedicat acum programelor de simulare. Sunt sigur ca vor urma materiale din ce in ce mai interesante si incitante. Exista insa un impediment: eu nu as destina materialele despre simularea antenelor numai radioamatorilor avansati. Activarea unui program de simulare este o ocazie minunata de a invata cum functioneaza cu adevarat o antena si nu mentinerea la nesfarsit in folclorul radioamatoristic. Vazand atragatoarele si frumoasele diagrame stufoase si nenumaratele tabele si grafice colaterale ale simularii pe 4NEC2, radioamatorul incepator sau de nivel mediu s-ar putea simti timorat si ar ramane la metodele clasice, bune dar total insuficiente. As indrazni sa sugerez ca in aceasta faza, ar fi necesar un tutorial simplu in lb.romana pentru oricare din programele de simulare populare gratuite (4NEC2, EZNEC 5 DEMO si MMANA Gal). Cateva principii de baza, primii pasi in crearea de modele simple de antene filare, folosirea bibliotecii de modele existente si interpretarea rezultatelor initiale (in special a diagramelor de radiatie). Nu cred ca este nevoie de mai mult, deoarece dupa aceasta faza, radioamatorul ajunge deja la un nivel suficient sa poate explora si singur restul posibilitatilor oferite de program. Exista si capitolul 6 din excelenta carte “Radiotehnica…” a lui Florin YO8CRZ, insa partea respectiva nu a fost conceputa ca un tutorial ci ca un overview. Apropo, ati comandat deja cartea ?
    73, Morel 4X1AD ex.YO4BE

  • Postat de Ioan Mircea Radutiu - YO3AOE la 2015-03-24 15:58:45 (ora Romaniei)
  • Toate bune si frumoase,dar incep sa am impresia ca undeva se face o greseala,nu atit de forma,cit de fond,in sensul ca nu se iau in consideratie mai multi parametrii ambientali.In aceste simulari, singurul-dupa stiinta mea-parametru ambiental este natura-structura solului,si de obicei se ia o valoare medie,ori mi se pare ca ar fi insuficient doar atit. In momentul alegerii si definirii naturii-structurii solului de sub antena,programul considera in mod automat ca antena respectiva-oricare ar fi ea-este situata deasupra unui sol perfect plan si uniform ca natura-structura pe o suprafata circulara fara nici un fel de denivelari si/sau obstacole,cu diametrul de citeva lungimi de unda,ori-din pacate!-niciodata,in afara unei antene marine-oceanice-ma refer aici strict la /M.M.-nu se intilneste o asemenea situatie reala, cel putin in mediul urban,unde antena este inconjurata-sau in imediata apropiere-de garduri metalice,ziduri de caramida sau mai rau-de beton armat!-cabluri,acoperisuri,jghreaburi,burlane, conducte,tevi-ma refer-evident!-doar la cele metalice-si multe altele,nu le mai insir acum si aici,care schimba in mod evident toate datele problemei,si le schimba in rau,in sensul ca deformeaza total caracteristica de radiatie a antenei,asa cum ar aparea ea in cazul ideal. Problema este ca nu vad cum s-ar putea lua in consideratie toate aceste aspecte,care-totusi-sint esentiale!,fiindca-pina la urma-nu atit antena in sine,pe care o putem calcula si fasona-,cit conditiile ambientale in care lucreaza ea-pe care nu le putem masura si/sau calcula-determina functionalitatea ei.Nelu-YO3AOE

  • Postat de Nicu - YO5OUC la 2015-03-24 20:57:18 (ora Romaniei)
  • Minunat articol si riguroasa prezentare. Toate antenele sunt simulate in acest context, deasupra pamintului sau linga un plan de masa. In aceste conditii se urmaresc in principal caracteristicile de radiatie si eficienta de radiatie in lipsa mediului de care vorbeste Mircea. Mediul inconjurator (cel real) sau mai exact influenta asupra antenei in cimpul apropiat este greu de simulat. Din fericire antenele de la 900 MHz in sus au zona de cimp apropiat in afara acestor influente. Din pacate, aceste antenele la frecvente joase sunt puternic afectate (cele sub 30MHz in special). Ca urmare producatorii de antene ofera trapuri de reglaj, acord. Orice antena pina la 70 MHz trebuie ajustata (sau cioplita) in functie de zona. Nici una nu se comporta la fel in doua locatii diferite. Totusi aceste simulari sunt vitale pentru optimizari mai ales. Pe teren se mai poate trage putin pina se obtine un acord bun. De radiatie nu poate fi vorba. Esti practic la mila naturii. Si ca sa fiu eu circotasul de care spunea Cristi am sa-i atrag atentia ca antena prezentata nu poate fi de folos in ciuda analizei elaborate pentru ca pre ar atrage atentia vecinilor. Pe bloc o astfel de antena in forma de diamant sau de piramida iti poate aduce probleme serioase. Unii o sa zica ca invoci cine stie ce energii cu ea. Eu unul folosesc un BB10V despre care se crede ca e paratraznet si un dipol ce seamana a cablu TV. Despre long wire ce sa mai zic asta poate fi de la uscator de rufe pina la cablu electric pentru polizorul din garaj (mai ales daca il optimizezi si-l duci in zig zag - nu faci mare lucru cu el dar macar stai linistit). Oricum si asa, multi vecini suspina si zic un "saracu", iar daca te vad cu un cleste in mina iti zic "mai tragi un fir?". Multumim lui Codrut si lui Cristi pentru placuta prezentare si pentru sursele *.nec.

  • Postat de Morel - 4X1AD (4x1ad) la 2015-03-24 23:24:49 (ora Romaniei)
  • @YO5OUC: articolul lui YO4UQ si YO8RAC se doreste doar o exemplificare excelenta pentru posibilitatile extraordinare ale programelor de simulare de antene. Se aplica la orice tip de antena, astfel ca modelul prezentat este doar un exemplu adecvat la indemana autorilor.


    Programele de simulare accepta caracterizarea solului pe care este amplasata antena, prin introducerea in ferestrele corespunzatoare aconstantei dielectrice si a conductivitatii solului specific locatiei. Cine nu poate masura acesti parametri, dispune de tabele de valori pentru o multitudine de soluri cu valorile tipice ale conductivitatii si constantei dielectrice. Putin mai dificil este atunci cand antena este amplasata pe o cladire inalta din beton armat (bloc), intre doua cladiri inalte de beton armat (deasupra unei curti de pamant sau asfaltate) sau peste un acoperis de tabla. Dar se pot face extrapolari si cu putin exercitiu se poate ajunge la similaritati ridicate intre calcul si realitate.


    Cu ajutorul simularii se poate scoate maximum posibil dintr-o locatie specifica, oricat de vitregita ar fi. Fara simulare, habar n-avem cum radiaza antena noastra, chiar si cu aproximatie. Maximum stim ce SWR real avem (daca-l masuram in locul corect). Dar SWR-ul este doar partea de suprafata a aisbergului. Depinde de abilitatea utilizatorului de a modela cat mai fidel pe calculator realitatea de pe teren. Astazi se obtin corelari excelente intre rezultatele de pe calculator si cele fizice. In plus, pentru unde scurte, radioamatorii nu au nevoie de precizia necesara antenelor de telefonie celulara, site-urilor Wi-Fi si altor asemenea aplicatii critice.


    73 de Morel, 4X1AD, ex.YO4BE

  • Postat de Florin - YO8CRZ la 2015-03-25 07:03:28 (ora Romaniei)
  • @YO3AOE: Nu, nu se face nicio greșeală în articol, nici de formă şi nici de fond...Am mai spus-o şi cu altă ocazie... Dacă o antenă nu funcţionează în condițiile ideale din simulator, nu are nici o șansă să mergă în teren. Din cauza asta în industrie nu se trece niciodată la construcţia efectivă a unei antene până când nu a fost simulată şi înțeleasă în profunzime. Vremea când se făceau antene după ureche a trecut de mult. Toate antenele făcute de Optibeam au ieșit direct din simulator. La fel şi multe altele. Într-un QSO pe care l-am avut cu Tom-DF2BO, proiectantul şi proprietarul firmei Optibeam, îmi spunea că a ajuns la un asemenea rafinament în simularea cu NEC4, încât după realizarea primului prototip mai sunt necesare în mod normal doar ajustări minore. Să nu se înţeleagă că o antena complexă se poate face cu un simulator în două ore...în timp ce facem piaţa. Uneori, la o antena complexă, sunt necesare sute de schimbări şi săptămâni sau luni de muncă. Populara antena C31 de la Force 12 a necesitat câteva mii de simulari...
    După ce a ieșit antena din simulator şi după ce suntem mulțumiți cu rezultatul, putem modela şi cum va funcționa antena în condiții cât mai apropiate de real. Se pot adăuga în model şi alte antene din zona, pilonul, ancorele, cablurile electrice, acoperișuri metalice, instalația electrică din casă, burlane, etc… Dacă solul este alcătuit din mai multe straturi cu conductivitate diferită, se poate simula şi asta. Sigur că un asemenea model complex ia ceva efort şi știință pentru a fi creat. Ca exemplu legat de antena pe care o folosesc, doar pentru simularea structurilor parazite din zona de câmp pană la 1-2 lambda, am folosit cam 1400-1500 de segmente, ceea ce e cam de 10 ori mai mult decât antena în sine. Adevărul este ca simulările te ajută să înțelegi în profunzime cum funcționează şi cum se comportă o antenă şi te ajută să nu cazi în tot felul de capcane la instalare. Se poate merge chiar mai departe şi odată modelul de antenă creat în NEC pentru condiții ideale, se poate introduce în alt program (de exemplu HFTA) care-ţi poate arăta şi influenţa dealurilor sau munților aflați în zona de câmp depărtat. Bine, ar putea spune cineva: am o antenă de fabrică, nu am nevoie de simulator. Mulți radioamatori introduc însă şi antenele industriale în simulator, pentru a căpăta o înțelegere mai bună asupra posibilelor probleme de instalare simulând şi mediul de instalare (vezi ARRL-HFTA).

    Nu spun că e simplu, mai trebuie să pui mâna şi pe o carte (sau mai multe) să mai citești şi să încerci să mai şi înțelegi. De obicei, eforturile sunt însă pe deplin răsplătite. Altfel rămânem să facem “Copy and Paste” la ceea ce au făcut alţii şi să ne întrebăm de ce nu merge… şi să aducem veșnic in discuţie stupida zicală cu “teoria ca teoria…” 73

  • Postat de Ioan Mircea Radutiu - YO3AOE la 2015-03-25 09:03:19 (ora Romaniei)
  • Da,am inteles si sint perfect de acord cu toate argumentele aduse in favoarea simularilor antenelor,ma refeream doar la faptul ca parametrii unei antene realizate conform tuturor datelor cunoscute sau macar prezumate,care va fi instalata intr-un cadru real,vor fi influentati si modificati intr-un mod nefavorabil de conditiile ambientale ne-prinse in simulare.Cu alte cuvinte, vroiam sa spun ca programul de simulare ar trebui sa indice in special ce modificari constructive ar trebui aduse unei antene ideale,care in conditii ambientale medii statistice ar merge foarte bine,pentru a putea merge la fel de bine sau aproape la fel de bine si intr-un caz particular dat,concret.Sint situatii,in special in cadrul urban supra-aglomerat,in care variabilele sint atit de multe,de fluctuante,de intrepatrunse si de interdependente,incit nu prea cred ca ar putea fi cuprinse intr-o simulare,oricit de complexa ar fi ea.73!,Nelu-YO3AOE

  • Postat de Nicu - YO5OUC la 2015-03-25 10:19:06 (ora Romaniei)
  • Mircea, eu cred ca simulatorul acesta chiar nu poate simula functionarea antenei intr-un mediu mai complex. Dar nici nu cred ca este strict nevoie de asta. Banuiesc ca solul este simulat cu un ur=1 fara posibilitate de ajustare. In cazul acesta banuiesc ca simularea efectului solului pentru o antenna magnetica ar fi neglijabil (lucru inexact). Sunt mai multe limitari de exemplu nu poate simula factorul de viteza la linia de alimentare. Asta ar insemna ca nu prea poti simula antenna Bazooka. Asta nu inseamna ca folosit in limitele corecte 4NEC2 nu poate fi o unealta deosebit de utila pentru optimizari (firmele sunt sigur nu folosesc versiunea free dar nici ei nu simuleaza mediul ca nu stiu cum va arata). Ce cred eu ca a vrut Mircea sa spuna e cum fac acordul antenei si de unde sa o cioplesc daca o montez undeva unde va fi influentata de ce-i in jur. O alta intrebare este.... e cineva care a utilizat aceasta antenna? Poate stie cit de greu sau cit de usor poate fi acordata. Si mai ales unde trebuie intervenit pentru acord. Orice antenna este simulate asa in conditii usor idealizate dar se indica metode de reacordare a ei pe teren. Tocmai asta e cred eu problema aici. De unde o pot acorda pe teren. Daca nu se poate acorda la fata locului cred ca voi fi tentat sa cred ca nu merge bine sau cel putin asa cum zice simulatorul.

  • Postat de Florin - YO8CRZ la 2015-03-26 06:49:48 (ora Romaniei)
  • Nu intenționam să revin însă cred că e necesar să corectez câteva din afirmațiile făcute de Nicu-YO5OUC. M-am uitat în modelele de antene puse la dispoziție de YO4UQ şi YO8RAC şi toate folosesc sol real şi nu ideal. Programul are posibilitatea de modificare a parametrilor solului după cum a spus de fapt şi Morel ceva mai sus. Da, programul are unele limitări, însa cu inventivitate şi ceva experiență, pot fi in bună măsură depășite. Ca exemplu, antena Bazooka poate fi simulată chiar dacă simularea unei linii de transmisie în NEC2 este destul de limitată. La fel şi alte antene similare cu Bazooka, ca W5GI -Mistery Antenna, pe care unii susţineau că nu se poate modela... De fapt problema majoră în acest caz nu este factorul de viteză al liniei simulate, amintit de Nicu-YO5OUC (aspectul e de fapt secundar şi ușor corectabil) ci un efect cu mult mai subtil: imposibilitatea simulării simultane a modului diferențial şi de mod comun în linia de transmisie. Există însă şi pentru asta soluții... Dacă cineva e interesat de un model NEC pentru o antenă W5GI, poate să-mi scrie dacă doreşte să vadă cum se simulează şi porțiunea de antenă executată cu linie de transmisie. Referitor la afirmația că programul nu poate simula un mediu complex, depinde ce înțelegem prin complex. Toate elementele relevante care ar putea afecta diagrama de radiație sau pierderile antenei pot fi introduse în simulare. Am dat în postarea mea anterioara câteva exemple. Programul are chiar si un modul separat, care e un generator de suprafețe. Cu ceva răbdare poți construi chiar şi un bloc...o caroserie de mașină (pentru o antenă mobilă) sau un cuirasat... Am să adaug ca o constatare generală la aceste programe de simulare, că ultima fază în validarea unui model de antenă este verificarea senzitivităţii modelului la variațiile constructive. Există pericolul, în special când se face optimizare automată să se ajungă la o soluție critică. În acest caz schimbarea cu câţiva centimetri a unei singure dimensiuni poate avea efecte majore asupra funcționării antenei şi în acest caz modelul de antenă nu are valoare practică. De aceea se recurge la o verificare oarecum empirică de final, în care fiecare dimensiune este schimbată cu +/-1-2%. Dacă antena se încadrează încă în parametrii...se poate trece la practică (fie prototip la scară redusă (1/10) fie chiar la dimensiunea finală). Am să închei aici, şi am să mulțumesc autorilor articolului pentru munca depusă. Articolul arată nu numai ceea ce se poate face cu un program de simulare, dar şi cum se face modelul sau simularea. Sigur, există şi vor mai exista îndoieli din partea unora... e dreptul lor. 73

  • Postat de Nicu - YO5OUC la 2015-03-26 11:08:28 (ora Romaniei)
  • Pai cred ca ar fi bine sa scrii chiar tu Florin un material aici despre cum poate fi simulat un cablu coaxial si o antena bazooka in 4nec2. Cred ca ar fi foarte util. Simularea oricarei antene nu poate face rau la nimeni. Nu-i vorba de crezut sau nu. Foarte usor ar fi sa se faca "reverce engineering" adica sa se ia o antenna cunoscuta si sa fie modelata pe calculator. Folosirea corecta a simulatorului duce in general la rezultate bune. Uitindu-ma la antenna simulata aici vad ca se comporta ca o antenna nerezonanta. Stie cineva cum functioneaza si din ce categorie face parte? Care este explicatia ca SWR-ul ramine sub 2 intre 14-29 MHz? Un cushcraft R8 de vreo 600$ nu o poate intrece. Si aia are 8 benzi si rezoneaza pe toate 8.

  • Postat de Florin - YO8CRZ la 2015-03-27 07:59:59 (ora Romaniei)
  • Da, poate că voi scrie un articol, nu doar despre modelarea cu elemente din linii de transmisie, ci şi despre cum se pot evita şi alte limitări native ale programului NEC. Deocamdată am însă alte câteva proiecte care trebuie finalizate. Oricum, înainte de asta cred că ar fi bine să vedem mai multe articole de genul celor scrise de Cristian YO4UQ, care pot crea o bază de utilizatori şi care pot neutraliza măcar o parte din folclorul care circulă pe tema asta. ------- Referitor la comparația cu R8 de la Cushcraft sau restul se pot spune multe. Există multe lucruri pe care o firmă le ia in considerare când pune pe piața un produs. Ne îndepărtăm însă considerabil de subiectul articolului. Antena în discuție aici nu este altceva decât un concept, din care se poate învăța cum se foloseşte un program de proiectare pentru antene. Până la o ipotetică construcție practică a acestei antene ar trebui însă să mai treacă prin câteva etape cum ar fi verificarea senzitivitatii dimensionale şi evident rezolvarea problemelor de proiectare mecanică. 73

  • Postat de Morel - 4X1AD (4x1ad) la 2015-03-27 13:48:13 (ora Romaniei)
  • @YO8CRZ: cam greu cu neutralizarea legendelor urbane. Chiar daca incet-incet dispar radio-vracii care propagau miturile anilor '50-'70, cantitatea de fantezii lipsite de orice discernamant tehnic de pe internet creste de la zi la zi, mai ales in domeniul antenelor-minune.


    73 de Morel, 4X1AD ex.YO4BE

  • Postat de Marian - YO4HGX la 2015-03-28 08:43:00 (ora Romaniei)
  • Nu stiu care este diferenta fata de un R8 insa fata de un inverted-V (croit pentru 14MHz, la aceeasi inaltime), simularile mele au aratat un castig mult mai redus (pentru 28MHz caracteristicile fiind oarecum similare). Avand in vedere complexitatea constructiei eu unul as prefera mai degraba achizitia unui ATU extern sau eventual alimentarea cu scarita si ATU... Multumesc pentru filele 4NEC2, poate cu ocazia asta se va deschide un topic dedicat discutiilor pe marginea simularilor de antene si postarea filelor .nec aferente? Intradevar, un tutorial de utilizare a NEC-ului ar fi binevenit, sunt convins ca odata trecut pragul multi "necredinciosi" se vor "converti".73!

  • Postat de Morel - 4X1AD (4x1ad) la 2015-03-28 15:08:13 (ora Romaniei)
  • @YO4HGX: Marian, chiar daca este adevarat ca din punct de vedere constructiv antena exponentiala este complicata mecanic, un Inverted Vee nu va rezolva problema. Intai ca Inv Vee nu este o antena multiband ci monoband. Al doilea, un dipol orizontal sau Inv Vee nu se pot compara din punct de vedere al diagramei de radiatie cu o antena verticala. Antenele verticalele au in general un unghi de elevatie redus (in cazul exponentialei optimizate,aprox.30 de grade)iar dipolul/Inv Vee tinde spre 90 de grade chiar si la inaltimi mari. Ceea ce face un vertical bun ca antena la distante DX iar un dipol/Inv Vee adecvat la distante mici (chiar daca ocazional se pot face si legaturi la distante ceva mai mari).


    In plus, chiar daca ma repet, un ATU nu rezolva decat aparent problema SWR-ului la o antena monoband fortata sa lucreze multiband. Pierderile de neadaptare doar se muta din transceiver in fata ATU-ului, ceea ce transforma solutia in iluzorie, din pacate una din cele mai raspandite legende urbane din radioamatorism.


    73 de Morel, 4X1AD ex.YO4BE

  • Postat de Marian - YO4HGX la 2015-03-29 01:46:46 (ora Romaniei)
  • @4X1AD/Morel: Asa este, aveti dreptate, din graba ieri am denumit simularile de-a-ndoaselea... exponentiala optimizata are intr-adevar TOA mai mic si castig mai mare decat interted-ul si in 14MHz. Scuze! Asadar fara legatura directa, in ceea ce priveste ATU, eu ma refeream doar la varianta de ATU extern, montat chiar in punctul de alimentare al antenei sau alimentare prin linie paralela. De acord din nou insa ca aceasta nu este solutia ideala in cazul in care se doreste o antena cu adevarat de banda larga, necesara probabil in cazul receptiei cu un SDR de banda larga. Multumesc pentru tutorial, orice material sau discutie despre antene sunt binevenite... subiectele pe aceasta tema nu se vor epuiza niciodata. 73!

  • Postat de Morel - 4X1AD (4x1ad) la 2015-03-29 10:30:41 (ora Romaniei)
  • @YO4HGX: Marian,in materie de antene, eu as vorbi mai curand de compromisuri cat mai optime posibil si aproape niciodata de solutii ideale.


    Pentru tutorial, trebuie sa multumesti lui YO4UQ care l-a redactat.


    73 de Morel, 4X1AD ex.YO4BE

  • Postat de Nicu - YO5OUC la 2015-03-29 22:11:41 (ora Romaniei)
  • Cristi, in sursa atasata A35_3.nec pentru banda 3.5 si 7.1 MHz, o problema este la baza antenei. Unghiul foarte ascutit (acute angle problem) face sa se apropie prea mult segmentele intre ele. Aceasta apropiere chiar si cu o segmentare cu rezolutie mare duce la instabilitate. Pentru verificarea stabilitatii si a convergentei, valorile rezultatelor nu au voie sa fluctueze daca maresti putin rezolutia segmentarii (refinement). A doua problema este cu simularea radialelor ingropate. Metoda radialelor apropiate de sol nu conduce la aceleasi impedante ca si in cazul ingroparii. Stiu ca incerci sa eviti limitarea enginului NEC2, dar in NEC4 care te lasa sa ingropi radialele se vede diferenta. Diferentele intre impedante sunt mari pentru 4,8 si 16 radiale (ingropate vs apr. sol, circa 40-60 ohmi). De la 32 radiale in sus impedantele converg. Problema e ca radialele apr. de sol se comporta ca o linie de transmisie idela. Cele ingropate tind spre linia ideala numai de la 32 in sus. Poate iti e de folos... Mult succes in ce faci si felicitari pentru articol.

    Scrieti un mic comentariu la acest articol!  

    Opinia dumneavoastra va aparea dupa postare sub articolul "Antene exponențiale"
    Comentariul trebuie sa se refere la continutul articolului. Mesajele anonime, cele scrise sub falsa identitate, precum si cele care contin (fara a se limita la) atac la persoana, injurii, jigniri, expresii obscene vor fi sterse.
    Comentariu *
     
    Trebuie sa va autentificati pentru a putea adauga un comentariu.


    Opiniile exprimate în articole pe acest site aparţin autorilor şi nu reflectă neapărat punctul de vedere al redacţiei.

    Copyright © Radioamator.ro. Toate drepturile rezervate. All rights reserved
    Articole | Concursuri | Mica Publicitate | Forum YO | Pagini YO | Call Book | Diverse | Despre Radioamator.ro | Contact