 |
|
|
Antene exponențialePartea a 2-a: OptimizareYO8RAC - 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.
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.
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.
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
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.
- 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.
Articol aparut la 23-3-2015 7261 Inapoi la inceputul articolului | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
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 iar dupa caz se va ridica dreptul de a posta comentarii.
| |||||
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 | Regulamentul portalului | Contact |
