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

Influenta terenului asupra performantelor antenelor Yagi

Mihai Mateescu YO3CTK

Nota: in articol distantele se exprima in feet (ft). Aceasta nu este o afectare, ci o adaptare la cerintele programelor utilizate. 1ft=0.3048m. Sursa graficelor din text: ARRL Antenna Book 21st Edition. Software: HFTA, Range-Bearing (livrate impreuna cu Antenna Book). Sursa imaginilor din text: Google Earth.

Atunci cind decid achizitionarea unei antene Yagi, majoritatea radioamatorilor studiaza un singur parametru: cistigul. Mult mai rar, directivitatea in plan orizontal si/sau raportul fata/spate. Apoi, desigur, pretul. Si cam atit. Exista insa un alt parametru care de multe ori este hotaritor pentru modul in care antena functioneaza in lumea reala, si care este foarte putin sau deloc luat in seama: directivitatea in plan vertical.


Directivitatea in plan vertical este determinata atit de natura antenei (asa cum se poate observa din graficele de mai sus, prezentate cu titlu de exemplu), de inaltimea de montaj a antenei fata de sol (se presupune montarea pentru polarizare orizontala, asa cum sint folosite antenele Yagi pentru HF), de caracteristicile de conductivitate a solului (mai departe in articol se presupune un sol mediu), cit si de neregularitatile solului in cimpul apropiat al antenei. Acest din urma fenomen este determinat de faptul ca forma si intensitatea cimpului indepartat (de radiatie) al antenei este data de reflectiile la sol in imediata apropiere a antenei (sute de metri/kilometri, depinzind de lungimea de unda).

Din studiul caracteristicii de directivitate prezentata mai sus se poate observa cum “cistigul aparent” variaza substantial pentru diferite unghiuri de elevatie. Acest fenomen este important deoarece unghiul de sosire a undelor depinde atit de distanta de propagare (distante scurte, medii sau lungi), de frecventa, de zona corespondentului (EU, NA, SA, OC etc), de momentul zilei (banda abia deschisa, complet deschisa, pe cale de a se inchide), cit si de momentul din ciclul solar (la minim, la maxim sau intre). Mai jos este prezentata cu titlu de exemplu o statistica, pentru calea de propagare intre W1 si Europa, pentru diferite benzi de unde scurte. Prima coloana reprezinta diferitele unghiuri de plecare (elevatie) iar coloanele urmatoare procentul din total timp in care propagarea se petrece la aceste elevatii, pentru diferite benzi de frecvente. Datele sint agregate pentru un intreg ciclu solar de 11 ani. Se observa ca propagarea in banda de 20m, spre exemplu, este dominata de elevatii sub 10 grade pentru aceasta cale de propagare. Foarte putine antene reale, cu polarizare orizontala, asigura un cistig aparent corespunzator la elevatii mici si foarte mici. Teoretic, pentru elevatia zero deasupra unui sol ideal cistigul trebuie sa fie zero. Este fenomenul binecunoscut radioamatorilor cu experienta, care sustin ca antenele verticale (cu polarizare verticala) par sa se comporte mai bine la DX decit antenele orizontale (cu polarizare orizontala). Intervin considerente de cistig si zgomot, insa aceasta este o alta discutie.

Daca ne uitam la caracteristica generica de directivitate in plan vertical a unei antene Yagi si la tabelul de mai sus observam unele cerinte contradictorii: o singura antena, montata la o singura inaltime, nu poate asigura un cistig aparent suficient pentru toate elevatiile care apar in cursul unui ciclu solar, nici macar pentru toate elevatiile care apar in cursul unei singure zile. Mai mult, este posibil ca antena respectiva sa prezinte minime de directivitate in plan vertical tocmai pentru unele elevatii care apar cu frecventa mare. De aceea amplasamentele foarte bine echipate folosesc antene Yagi suprapuse (stack-uri), in numar de 2, 3 sau chiar 4 antene Yagi monoband, montate la diferite inaltimi, de obicei cu pas de lambda/2. Pentru banda de 20m, spre exemplu, cel mai frecvent se monteza cite un Yagi la 30ft (10m), apoi la 60ft (20m), apoi la 90ft (30m) si chiar la 120ft (40m). Principalul avantaj nu este atit cistigul suplimentar obtinut, cit mai ales acoperirea corespunzatoare a unei game mari de elevatii posibile. Toate antenele se alimenteaza in mod normal in faza, existind uneori si posibilitatea alimentarii in antifaza. Aceste stack-uri sint prevazute cu sisteme complexe de comutare si adaptare a impedantelor si sint rotative. Cei care beneficiaza de asemenea sisteme spun ca de obicei banda se deschide la DX cu antena cea mai de sus, iar pe masura ce propagarea creste antenele mai joase devin mai eficiente. Propagarea continentala este asigurata de antenele joase.

A se vedea si: http://www.k1ttt.net/120_2.html ; http://www.arraysolutions.com/Products/stackmatch.htm

Toate aceste fenomene se pot studia cu ajutorul programului HFTA care vine in pachetul software livrat impreuna cu ARRL Antenna Book. Iata ecranul de inceput:

Se alege banda de frecvente de interes, tipul antenei/antenelor utilizate, fisierul cu elevatii. Este de mentionat ca este livrat un set de fisiere de elevatii pentru YO catre principalele directii de propagare: Asia, Africa, Europa, JA, Oceania, America de Nord si de Sud. Se alege cel de interes pentru analiza. In ceea ce priveste fisierul cu caracteristicile terenului, se alege fie cel plat (FLAT) fie trebuie confectionat cite un fisier pentru directiile de interes mentionate mai sus, asa cum se va arata in articol. In orice caz fisierul FLAT este util ca element de comparatie.

Este prezentata selectia parametrilor pentru comparatia intre un stack de 2 antene a cite 5 elemente, situate la inaltimile de 50ft (15m) si 25ft (7.5m) si o antena singulara cu 2 elemente, situata la inaltimea de 70ft (24m), deasupra terenului plat.

Dupa executarea comenzii Compute! sint afisate rezultatele in forma grafica:

Din graficul de mai sus se pot observa unele lucruri interesante:

  1. Nici una din antene nu asigura un cistig aparent satisfacator la elevatii foarte mici, care sint destul de frecvente pentru directia de propagare YO-US in banda de 15m.
  2. Stack-ul de doua antene Yagi asigura o acoperire mai buna a unei game mai largi de elevatii decit antena singura aflata la o inaltime mai mare.
  3. Cifra de merit care este calculata permite o comparatie facila intre antene
  4. Prin variatia parametrilor, in special a inaltimilor de montaj, se pot lua decizii cu privire la configuratia unui sistem viitor, inca din faza de proiectare

Analiza se poate complica suplimentar prin luarea in consideratie a topografiei reale a terenului deasupra caruia sint instalate antenele, asa cum se arata mai jos.

Exemplu: Situatia de la YR7M

In acest moment amplasamentul YR7M este echipat cu sisteme de antene monoband pentru fiecare banda de concurs:

160m: dipol Inverted V la 22m
80m: 4-square
40m: Yagi 2 el la 24m
20m: Yagi 4 el la 18m
15m: Stack 5/5 el la 15/7.5m
10m: Stack 5/5 el la 15/10m

In plus exista un tribander la 24m cu echivalentul a cite 2 el pe benzile de 20/15/10m.

Amplasarea pe teren a sistemelor descrise mai sus este urmatoarea (patratul rosu este 4-square):

In vederea studierii efectului terenului real asupra caracteristicilor antenelor, a fost nevoie de construit fisierul .PRO utilizat de HFTA. Exista doua metode: prin utilizarea unei harti topografice a regiunii sau prin utilizarea informatiilor furnizate de Google Earth. Eu am folosit a doua metoda. Se construieste cite un fisier pentru fiecare directie de interes. Se merge pina la distante de peste 1km de la punctul zero pentru ca fisierul sa fie utilizabil inclusiv pentru banda de 40m. Sint suficiente 10-15 puncte de determinare a inaltimii fata de nivelul marii (ASL) distantate in mod egal, desi programul accepta pina la 150 de puncte. Fisierul este unul simplu text, cu cite o linie pentru fiecare punct de determinare, cu sintaxa: distanta(ft) [spatiu] ASL(ft) [enter]. Fisierul se editeaza folosind NotePad si se denumeste cu extensia .PRO.

A. Se determina cu precizie pozitia geografica a punctului zero (grade, minute, secunde si fractiuni de secunda). Se “infige o pioneza” pe imagine si se citeste ASL pentru acest punct. Se creeaza linia zero in fisierul .PRO

B. Folosind programul Range/Bearing, se introduce pozitia punctului zero in casuta Position1, se introduce distanta si azimutul in casuta Range/Bearing (ex. 500ft, 315grade) si se calculeaza coordonatele geografice ale punctului 1, care se gasesc in casuta Position2. Se “infige o pioneza” in punctul 1 in Google Earth cu comanda Add Placement unde se introduc coordonatele de mai sus. Se citeste ASL pentru acest punct. Se creeaza linia 1 in fisierul .PRO

C. Se repeta B de cite ori este necesar. O data ce linia de azimut dorita este conturata de circa 10 puncte, se merge cu cursorul mai departe pentru a vedea daca in limita utila (1-2km) se gaseste cumva vreun virf. Daca da, se insereaza acest loc in fisierul .PRO

Se obtine ceva similar imaginilor de mai jos:

Fisierul rezultat este similar cu cel de mai jos:

YR7M-50.PRO
0 1284
200 1286
500 1287
1000 1292
1500 1295
2000 1304
2500 1327
3000 1346
3500 1366
4000 1377
4500 1404
5000 1447
5900 1520

Aceste fisiere se insereaza in folder-ul corespunzator ca sa fie regasite de HFTA.

Acum se poate face analiza tinind cont de terenul real:

Sint aceleasi doua antene precum cele analizate mai sus. Se poate observa clar diferenta cauzata de terenul real.

Iata si situatia stack-ului de 10m:

Deasemenea se poate analiza functionarea separata sau impreuna a antenelor din stack. Se observa foarte clar lipsa receptiei pentru semnale care vin sub elevatia de 4grade. Motivul este existenta relativ aproape a unui deal, care se vede si pe Google Earth si pe profilul terenului. YR7M este amplasat intr-o vale intre dealuri. Pe profil se vede cum terenul coboara pina la nivelul riului, apoi urca brusc spre culme. Aceasta situatie este data si nu a putut fi evitata. Este figurata si pozitia verticala a antenei:

Concluzie

A fost prezentata o metoda de analiza a influentei terenului asupra performantelor antenelor Yagi cu polarizare orizontala, in unde scurte. Metoda foloseste exclusiv software si informatii aflate in domeniul public sau accesibile cu usurinta. Se recomanda folosirea atit pentru analizarea instalatiilor existente, explicind astfel unele comportamente aparent anormale ale sistemelor de antene, cit si pentru proiectarea instalatiilor noi.

Mihai Mateescu YO3CTK

Articol aparut la 24-4-2008

11643

Inapoi la inceputul articolului

Comentarii (12)  

  • Postat de LINGVAY Iosif - YO5AVN la 2008-04-24 09:47:49 (ora Romaniei)
  • Excelent material. Da, asa este - lumea neglijeaza efectul solului (rezistivitate, cote de nivel etc.)la alegerea, conceptia si realizarea antenelor - pe urma se mira ca performantele nu sunt cele asteptate / indicate in literatura / prospecte.

  • Postat de Dan - YO3GH (yo3gh) la 2008-04-24 11:43:49 (ora Romaniei)
  • Da, excelent articol , dupa ce l-am citit, o sa revizuiesc instalarea antenei in amplasamentul din afara Bucurestiului . Multumim, '73 YO3GH , Op. Dan

  • Postat de Oproescu Gheorghe - YO4BKM (yo4bkm) la 2008-04-24 18:57:11 (ora Romaniei)
  • Confirm cele afirmate de autor. Din pacate nu am experimentat cu Yagi, am o antena VS1AA (la 12m inaltime) care, pe sol uscat aproape ca nu merge in benzile superioare dar, cand ploua sau stropesc abundent gradina sub antena, puterea absorbita de antena in 20 m creste de peste 5 ori. Voi aborda acum cu incredere antenele Yagi, pana acum imi lipseau astfel de informatii. Multumesc pentru articol! 73 de Tavi!

  • Postat de Adrian - YO9FRJ la 2008-04-25 01:08:54 (ora Romaniei)
  • Felicitari Mihai pentru sinteza prezentata. Imi permit o sugestie: echipa nationala de HF ar trebui sa aiba un astfel de studiu pentru fiecare locatie si sistem de antene. Apoi strategia generala a echipei ar trebui sa se bezeze pe un astfel de studiu. Cred ca ar ajuta decisiv la optimizarea investitiei si performantelor sistemelor de antene din aceste locatii de concurs si nu numai. Sarbatori Fericite & 73's

  • Postat de LINGVAY Iosif - YO5AVN la 2008-04-25 05:45:25 (ora Romaniei)
  • Da , Tavi - asa este - caracteristicile solului au o influenta majora nu numai asupra functionarii antenelor de tip Yagi - subiectul acestui excelent material. Bine zice Adrian -YO9FRJ, in ceea ce priveste locatiile HQ in IARU HF! Am mai aratat si eu, ca selectarea locatiilor trebioe facut pe baze tehnico-stiintifice - nu haotic, adica se impune un managment tehnic in domeniu. Ca o extrema negativa la acest capitol, reamintesc esecul din anii trecuti a unei echipe HQ care pentru a opera in 160 m , s-a deplasat pe un varf munte de 1300 m - cu sol stancos, rezistivitate peste 100 ohmixm, de unde evident nu a facut mai numic (au mai intervenit, evident si alti factori - starea vremii, bautura etc.)! - adica a facut - a tras substantial indarat rezultatul intregii echipe nationale. Eu cred ca nu ne mai putem permite asemenea gafe manageriale tehnico-organizatorice. Este falsa conceptia ca o antena mai slaba poate fi compensat cu putere mai mare - degeaba ai putere, daca nu auzi, antena nu are castig, este zgomotoasa la receptie.
    Paste fericit. 73+GL's = Joska-YO5AVN

  • Postat de Dan - YO9CWY la 2008-04-25 20:08:20 (ora Romaniei)
  • La prima vedere chestiuni de detaliu, neglijate in majoritatea cazurilor, dar care fac diferenta exact atunci cand este nevoie. Articol excelent, foarte bine documentat. Felicitari !

  • Postat de Nelutiu - YO8RXK la 2008-04-28 14:38:04 (ora Romaniei)
  • Un articol foarte bun,dar pentru generatia noastra(eu si altii ca mine!),are efecte devastatoare prin faptul ca ne coplesesc unele amintiri,cand expirmentam diverse antene TV(si nu numai)si intamplator ,aveam bucuria receptiei unui post TV (ex. Suedia ,Elvetia ,Italia-RAI) si constant dar cu eforturi mari;Moscova1, Moscova2, Chisinau,si cateva semnale bizare!Sarbatori fericite,Hristos a inviat!73!

  • Postat de Ilie Matra - YO3BBW la 2008-04-29 08:59:30 (ora Romaniei)
  • Felicitari pentru articol Mihai, real si cu concluzii practice imediate. Din pacate desi influenta soluui este cunoscuta si acum avem si aparat de calcul pentru a vedea exact rezultatele, majoritatea sintem conditionanti strict de locul si spatiul de dispunere. Chiar si locatii mai flexibile cum e aceea a lui Mihai are constringeri de care trebuie sa tina cont. Dar asa cum cum spune si Joska, ne putem feri de greseli grave daca cunoastem si tinem cont de efect. 73, Sarbatori fericite.

  • Postat de Cristi - YO3FLR la 2008-04-30 09:57:51 (ora Romaniei)
  • Excelenta prezentare, atent documentata si (mai ales ) explicata. Felicitari Mihai.

  • Postat de Mircea - YO4SI (yo4si) la 2008-05-03 01:00:59 (ora Romaniei)
  • Excelent, Mihai ! Multumim ! Sunt fenomene pe care le-am observat toti dealungul anilor, pe care asa frumos le prezinti. E fenomenal cum doua elemente la inaltime mare pot fi ca si inexistente pentru unghiul pe verticala de 22 grade. Si cum cel cu un simplu dipol situat mai jos lucreaza lejer acele statii. Si se umfla in pene ! Hi ! Mai vrem asemenea articole. Chiar traduse. Mai ales acum, cand am ridicat capul din aparatura autoconstruita si ne indreptam atentia spre ionosfera... 73 si SANATATE !

  • Postat de YO3_SWL - YO3_SWL la 2008-05-04 13:00:23 (ora Romaniei)
  • In sfarsit si un articol de bun simt dupa toate traducerile cu glazura colorata cu care suntem indopati.

  • Postat de nick-yo4rss - la 2008-05-13 18:39:40 (ora Romaniei)
  • problema mai trebuie studiata,pina neom lamuri bine.

    Scrieti un mic comentariu la acest articol!  

    Opinia dumneavoastra va aparea dupa postare sub articolul "Influenta terenului asupra performantelor antenelor Yagi"
    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