Articole > Echipamente si constructii radio     Comentati acest articol    Tipariti

Antene mici... in 80 m! Gheorghe Andrei Radulescu YO4AUP Acordati antena Hy Gain DX-88 in 3,5 si 7 MHz in intreaga banda (nov. 2007) 80m... Cum si cu ce? ( dec. 2010) Epilog la Triangle Array [1] - Yagi cu 2 elemente. Epilog la Triangle Array [2] - Antena W8JK. Epilog la Triangle Array [3] - Antena ZL. Epilog la Triangle Array [1] - Yagi cu 2 elemente Sfirsit de octombrie 2011. Se formeaza un mic ciclon centrat cu ochiul in vestul Marii Negre, undeva in larg in dreptul zonei Mangalia - Varna . Rezultatul, in larg valuri de 10m iar pe mal vint de 30m/sec cu rafale de peste 35 m/sec.(peste 125km/ora !!!) din directia N, NE. Valurile trec peste dig in portul Tomis, plaja alaturata este sub apa pina la dusuri, iar la intrarea in Mamaia, sub podul pe unde se descarca lacurile in mare, linga hotelul Parc, apa circula impinsa de vint invers, dinspre mare spre ghiol !!! Asa ceva nu a mai vazut Constanta de vre-o 25 de ani, cind vintul de peste 140 km/ora a rasturnat o macara mare pe digul portului Constanta. Din tot acest mic uragan, antenele mele au scapat cu viata, mai putin doua undite din ansamblul ce constituia "Triangle array" pentru 7 MHz. O undita verticala a fost smulsa de vint, a cazut pe casa dar nu a suferit nici o stricaciune, si o undita montata ca contragreutate orizontala la alt arici, a fost frinta la un metru de baza. Urmarea este ca un arici l-am transformat in GP aproape "full size" pe 7 MHz [la concurenta cu DX-88], iar ce le voi face celorlalti, ramine de vazut la primavara cind se va deschide din nou sezonul la antene. Dar cum iarna e lunga si la gura sobei de pot dezbate multe, mi-am propus sa supun analizei datele concrete din amplasamentul meu, cu ajutorul programului "MMANA - GAL _ Basic", program de-acuma bine cunoscut si in YO, in vederea imbunatatirii situatiei din 80 m. prin realizarea unei antene directive refolosind elementele ramase disponibile din "triangle array". Asadar care sint elementele date? Exista antena DX-88 care se acordeaza in toata banda de 80m. Pentru bratele dipolilor se pot refolosi unditele de la triangle-array. Acestea sint din fibra de sticla, au 8 m lungime, partea radianta este la interior, este executata din sirma de 0,8mm diametru izolata in PVC si are la baza o inductanta de 3,85 µH. Aricii [piesele metalice pe care au fost asamblate antenele din triangle array in 7 MHz] trebuie modificati, prin debitare si resudare, pentru a aduce doua brate in prelungire [ 180 ° intre undite ] Amplasarea celor doi arici este pe directia E - V la distanta de 12 m, dar se poate muta unul din ei la 10 m distanta de celalalt, astfel ca distanta dintre ei sa fie λ/8. [ asa cum sint acum, la 12 m ar fi cam λ / 6,83, adica aproape 0,147* λ ] Inaltimea dipolilor fata de pamint = 7 m. Care sint elementele variabile, libere la a fi optimizate? Pentru a aduce aceste elemente [unditele] sa rezoneze ca dipol in banda de 3,5 MHz, acestea se prelungesc electric cu o inductanta montata in serie cu elementul deja existent. Valoarea inductantei determina frecventa de rezonanta a antenei. Cu inductanta de 23,5 µH si cu dipolii la 10 m distanta unul e celalalt, frecventa de rezonanta calculata de programul MMANA, este de 3,787 MHz. Cu aceleasi bobine de 23,5 µH dar cu dipolii la 12 m distanta, programul calculeaza valoarea de 3,791 MHz ca frecventa de rezonanta. Distanta intre dipoli poate fi de la 10 m sau de 12 m. Intre aceste doua cote este usa de intrare in pod, care fixeaza doar aceste doua pozitii ca fiind utilizabile. Am socotit in toate variantele lungimea boomului ca fiind de 10 m [λ/8 =. 0,125* λ] pentru a avea rezultate comparabile pentru trei antene: YAGI, W8JK si ZL (ZL3MH) Avind aceste precizari facute, programul MMANA socoteste si deseneaza tot ce trebuie stiut sau vazut in legatura cu constructia proiectata, dupa cum urmeaza [ intii cu distanta de 10 m intre dipoli ]. Fig. 01 Yagi scurt in 80m Fig. 02 Yagi cu boom de 10m - geometria Fig. 03 Yagi cu boom de 10m - sursa si bobinele Fig. 04 Valori calculate pentru boom de 10m Din tabelul din Fig.04, in afara programului MMANA, am construit diagramele pentru R, Jx, SWR, Cistig total si pentru Raportul fata - spate, la 15 frecvente, in jurul frecventei de rezonanta [ din kHz. in kHz.]. Largimea de banda a unei antene scurtate si executate din sirma pentru banda de 3,5 MHz. este de numai citiva kHz. [ din acest motiv am modificat si DX.88 - ul !!! ]. Aceste diagrame sint urmatoarele: Fig. 05 Yagi cu boom de 10m - Diagrama R & jX Fig. 06 Yagi cu boom de 10m - Diagrama SWR Fig. 07 Yagi cu boom de 10m - Diagrama F & F-B gain Programul MMANA deseneaza Caracteristicile de directivitate in plan orizontal si vertical [ in planul boomului] si ofera si o vedere axonometrica in proiectie 3D. Pentru cele citeva frecvente in jurul frecventei de rezonanta pentru care s-au facut calculele din tabelul Fig. 04 aceste caracteristici de directivitate sint prezentate in continuare: Fig. 08 Yagi cu Boom de 10m - Directivitatea in planul YZ (vertical) Fig. 09 Yagi cu Boom de 10m - Directivitatea in planul XY (orizontal) Aceleasi diagrame, trasate numai pentru frecventa de rezonanta sint evidentiate in figurile 10 - 12, trasate de programul MMANA: Fig. 10 Yagi cu boom de 10m - Directivitatea la Rezonanta - plan XY Fig. 11 Yagi cu boom de 10m - Directivitatea la Rezonanta - plan YZ Fig. 12 Yagi cu boom de 10m - Directivitatea la Rezonanta - 3D Se stie din literatura ca la o antena Yagi cu doua elemente cistigul total creste pe masura ce distanta intre elemente creste [ pina pe la 0,7λ ]. Avind in vedere acest lucru, am redesenat antena pentru 12 m lungimea boomului, rezultatele fiind materializate in cele de mai jos. Cu aceleasi bobine de lungire, de 23,5 µH, frecventa de rezonanta s-a modificat de la 3787 kHz la 3791 kHz. Fig. 13 Yagi cu Boom de 12m - geometria Fig. 14 Yagi cu Boom de 12m - Directivitate in plan orizontal Fig. 15 Yagi cu Boom de 12m - Directivitate in plan vertical Fig. 16 Yagi cu Boom de 12m - Directivitate in 3D Comparatia intre cele doua variante, cu boom de 10 m si boom de 12 m se poate face mai usor privind simultan caracteristicile de directivitate la frecventa de rezonanta, asa cum sint ele aratate in Fig. 17, urmatoare: Fig. 17 Comparatie Boom 10 - 12 m Imaginile sint graitoare, avantaj net pentru varianta cu boom de 12 m. Dar... pentru ca totdeauna trebuie sa exite si un dar....impedanta antenei astfel imaginata, la frecventa de rezonanta, are o valoare extrem de mica [ 1,5 - 2,5 Ω ] si ridica doua probleme: adaptarea cu cablul de alimentare si diametrul sirmei care sa suporte curentul din aceasta parte a antenei. Impedanta antenei in expresia ei complexa este : F = 3787 kHz, Boom = 10 m, => Z = 1,287 + j * 0,3784 [ Ω ] Modul |Z| = 1,34 F = 3791 kHz, Boom = 12 m, => Z = 1,770 + j * 1,675 [ Ω ] Modul |Z| = 2,44 Inductanta de 23.5 µH se poate realiza, bobinind pe lungimea de 200 mm cit am presupus in geometria antenei, un numar de N spire, pe o carcasa cu diametrul de D mm [ valori orientative ]. Diametrul Bobinei [ " ] Diametrul Bobinei [ mm ] Numar de spire 1,5" 38 mm 60 2" 50 mm 46 2,5" 62 mm 37 3" 76 mm 31 3,5" 87 mm 27 4" 100 mm 24 4,5" 115 mm 21,5 5" 125 mm 19,5 6" 150 mm 17 Tabel 1 Inductanta de 23,5 µH, cu lungimea bobinajului = 200 mm Conectarea cablului la antena se face printr-un transformator de simetrizare, home made, coboritor, de la impedanta 50 Ω la cca 2 Ω cit are antena. Intrare dinspre cablu - 22 spire, iesirea spre antena - 4 spire. Secundarul dinspre antena trebuie sa fie facut cu sirma foarte groasa !!! [functie de puterea emitatorului]. Constructiv, primarul va avea 28 spire, cu priza din spira in spira de la 17 la 28, si in perioada de acord a antenei se va putea monta un comutator 1x 11 pozitii pentru determinarea prizei la care SWR-ul este minim. Daca as vrea ca antena sa poata fi reversibila in sensul inversarii directiei de radiatie, trebuie ca dipolii sa poatafi alimentati perind, functie de sensul de radiatie dorit. Pentru aceasta varianta ar functiona o schema de conectare a cablului la antena ca cea din Fig. 18. ? Aceasta schema de conexiuni necesita doua bucati de cablu cu lungimea de λ/2 electric la frecventa de rezonanta si doua relee model "limba soacrei" capabile sa suporte puterea liniarului. Fig. 18 Conectarea Antenei Liniile in λ/2 electric "transfera" scurtcircuitarea liniei de alimentare provocata de releu, in capatul de la antena, formind astfel un dipol in λ/2 electric. [transfera impedanta "0" din cutia cu relee, la mijlocul dipolului care se constituie astfel in element pasiv]. Acelasi efect se poate obtine si cu linii in λ/4 electric, lasate cu capatul de jos in aer, linia functionind astfel ca un transformator de impedanta, de la "∞" la "zero". In acest caz schema se simplifica, utilizind numai un singur releu "limba soacrei" si se scurteaza cele doua linii la jumatate. Conditia pentru aceasta varianta este ca distanta intre intre locul de amplasare a cutiei de comutare a sensului de radiatie sa fie mai mica decit lungimea fizica a liniilor in λ/4 electric [ cca. 12m pentru cablul coaxial cu factor de scurtare 0,6] Schema de conexiuni pentru utilizarea liniilor in λ/4 electric este desenata in Fig. 19 Fig. 19 Conectarea Antenei cu linii in λ/4 electric [Acelasi sistem de dipoli poate fi conectat dupa schema lui W8JK, realizind excitarea dipolilor in antifaza, sau se poate incerca o alimentare ca cea propusa de ZL3MH pentru antena ce-i poarta numele. Aceste subiecte insa, intr-un articol viitor.] Orice comentariu de la cei care au facut asa ceva, este dorit si este binevenit. Gheorghe Andrei Radulescu YO4AUP Articol aparut la 12-12-2011 15197 Inapoi la inceputul articolului

Comentarii (8)
Postat de Vasile - YO6EX (yo6ex) la 2011-12-12 19:38:14 (ora Romaniei) Andrei, proiectul tãu, îmi aminteºte de anul 1980-81, când am imaginat ºi construit o antenã directivã pentru banda de 40m, pe care o poreclisem FGB, adicã Fiber Glass Beam... În fapt era o antenã X-beam, (nu am avut material pentru boom), construitã din 4 beþe de undiþã, de provenienþã URSS ºi scumpe foc. Elementele erau bobinate pe aceste beþe. Culmea cã a funcþionat bine... Îmi aduc aminte de multele QSO-uri via LP cu VK-ZL...Dacã voi mai gãsi schiþele, poate o voi publica... Oricum sunt curios sã aflu rezultatele practice.
Postat de Vasile - YO6EX (yo6ex) la 2011-12-12 22:56:12 (ora Romaniei) Precizare: In final am fãcut referire la rezultatele practice ale antenei proiectate de tine.
Postat de Florentin - YO9CHO (yo9cho) la 2011-12-13 14:14:14 (ora Romaniei) Draga Vasile, eu inteleg ca este o simulare, posibil sa gresesc in interpretarea mea , dar, citez:"Orice comentariu de la cei care au facut asa ceva, este dorit si este binevenit." Deci? Exista o experienta? Cele bune si poate gasesti schitele si rezultatele.Eu apreciez munca de cercetare.Putini in YO sunt cei ce se apleaca spre noi cai.Din pacate.Succes Andrei in ceea ce incerci.
Postat de Florin - YO8CRZ la 2011-12-15 06:33:01 (ora Romaniei) Trebuie sa admit ca YO4AUP nu are liniste..hi.hi… Ce pacat ca nu foarte multi radioamatori se pot lauda cu asa ceva. M-am uitat sumar prin rezultatele de la simulari si am cateva comentarii care sper sa fie de folos autorului. Legat in primul rand de programul de simulare, pentru aplicatii amatoricesti, personal prefer 4NEC2. Si nu e doar o chestiune de gust, pur si simplu e mai bun, foloseste un nucleu NEC2 si nu MiniNEC, poti vedea dintr-o privire randamentul antenei si randamentul radiatiei antenei, are un modul de optimizare automata, poti folosi parametrii si multe altele. Acum despre antena in sine. Orice antena foarte scurta are rezistenta de radiatie foarte redusa si transformarea de impedanta necesita unele tehnici mai speciale. Vezi trafo de iesire de la finalele tranzistorizate de mare putere la care infasurarea de joasa impedanta este facuta cu teava de cupru. Posibil ca o solutie mai buna sa fie un beta-match, cu un inductor in paralel pe punctul de alimentare, daca antena este scurtata si mai mult, pana cand impedanta devine usor capacitiva. Pentru o impedanta de cca. 1.5–j8, un singur inductor e suficient sa aduca impedanta la 50 ohmi. Din articol lipseste complet insa o evaluare extrem de importanta : care sunt pierderile totale de putere in antena ? In simulare au fost folosite inductante cu Q infinit si deci fara pierderi. Asa se explica castigul nerealist obtinut. Sa facem o analiza scurta : pe fiecare brat al dipolului sunt folosite doua inductante care insumate au 27.35uH. Asta inseamna o reactanta de abt 660 ohmi. Daca Q-ul inductorului are 600 ( f.f. greu de obtinuta asemenea valoare la 3.8MHz) rezulta o rezistenta de pierdere de 1.1 ohmi. Pe cele doua brate avem deci o rezistenta de pierdere de minim 2.2ohmi, iar rezistenta de radiatie din simulare este de 1.2 ohmi. Deci o treime din putere ar fi radiata si doua treimi este disipata termic in bobine. Dar asta inca nu e tot...pentru ca mai avem si al doilea element. Curentul in elementul pasiv este mai redus decat in cel activ, insa oricum are o valoare mare. Deci vom avea putere pierduta si in bobinele de incarcare de pe elementul pasiv. Pentru ca nu stiu cat este acel curent ( 4NEC2 arata cu usurinta curentii in orice segment al antenei), cred ca daca se obtine in final un randament de 20%, va fi o mare realizare. Evident presupunand ca transformatoarele de impedanta nu au pierderi si nu mai exista si pierderi in antena propriuzisa (la putere mare discutam aici de zeci de amperi...). Exista si un beneficu legat de pierderile in bobine : cu cat pierderile sunt mai mari cu atat banda de trecere a antenei creste... si VSWR-ul se aplatizeaza... hi,hi.. In speranta ca nu am fost prea confuz si ca autorul va gasi ceva util in ceea ce am spus, nu pot decat sa-i doresc multa putere de munca si rezultate care sa justifice eferturile depuse. 73
Postat de Radulescu Gheorghe Andrei - YO4AUP la 2011-12-15 12:40:42 (ora Romaniei) Pentru Florin, YO3CRZ. Cred ca sint necesare citeva precizari. Prima [este precizarea cu care am inceput textul]: dupa furtuna din toamna am ramas fara “triangle array in 7 MHz” dar am ramas cu destule undite rezonante in 7 si cu doi arici amplasati la 7m inaltime si la 12m distanta unul de altul, orientati pe directia Est – Vest. A doua este o intrebare: as putea sa folosesc aricii, asa cum sint si unde sint, in 80m, acolo unde receptia mea este deficitara, cu rezultate mai bune decit acelea pe care mi le ofera dipolul pe care il am instalat cu virful la 11m inaltime si cu capetele la 5m inaltime, bratele trecind unul spre Nord peste un acoperis din tabla si celalalt, spre Sud, peste un acoperis din tigla de pamint ars ? A treia: Toate trei articolele pe acest subiect [acesta si urmatoarele doua] se doresc a fi doar un exercitiu amatoricesc care sa dea un raspuns la intrebarea de mai sus dar in nici un caz nu se doresc a fi un tratat despre antene. A patra precizare este aceea care va apare la sfirsit ca o concluzie, si anume ca datorita faptului ca directivitatea se modifica din simetrica [ la dipol ] in asimetrica [ la antena cu elemente pasive ], in conditiile date, pentru lucrul spre est, merita sa incerc sa fac antena Y3 chiar si numai cu un randament in putere de numai 15% dar cu avantajul adus de atenuarea pe spate. Pentru alte amplasamente si alte conditii initiale, fiecare decide pentru el.
Postat de Florin - YO8CRZ la 2011-12-17 07:29:53 (ora Romaniei) Se pare ca nu am fost foarte convingator in prima postare, asa ca revin din nou, hi, hi...Problema la antenele scurte de acest gen, nu se limiteaza doar la puterea pierduta in bobinele de incarcare. Oricum, asa cum este acum, banda utila a antenei este inutilizabila. Simpla incalzire a bobinelor de incarcare va deplasa frecventa de rezonanta mai mult decat banda antenei. Si nu trebuie contat pe faptul ca elementul pasiv va aluneca cu acelasi procentaj in frecventa…hi.hi. Daca ar fi numai problema rezistentei de radiatie extrem de reduse si implicit a rendamentului rezultat, asta inca se mai poate remedia macar partial. Se pot folosi alte metode mai bune de incarcare care produc o rezistenta de radiatie mai ridicata(incarcare liniara la mijlocul elementului, incarcare capacitiva la capatul elementului sau o combinatie intre mai multe metode). La punctul de alimentare a antenei poate fi pastrata o inductanta redusa (cativa uH), eventual cu prize comutate cu relee, care sa permita doar acordul in banda (la fel si la elementul pasiv). Oricum pentru a putea comuta ceva, trebuie redus intai curentul la valori rezonabile, printr-o rezistenta de radiatie mai mare. Trebuie inteles ca o reactanta mare a bobinei si curent mare insaemna tesniune mare pe bobina. La 1KW asa cum e acum, apare pe fiecare inductor cam 20KV... Mai sunt si alte probleme legate de antena asta scurta, si fara a epuiza lista, am sa mentionez doar apropierea prea mare fata de sol (da, inteleg astea sunt conditiile!) si interactiunea antenei cu alte sarme, suparfete metalice si antene care se mai afla in amplasament sau la o distanta de aproximativ un labda. Zona critica de camp este zona reactiva, si la doar 12 m de sol, in bnda de 80m, campul reactiv invaluie intreaga casa... Chiar daca distanta la care se intinde campul reactiv e mai redusa la o antena scurta comparativ cu una cu lungime integrala, e prea aprope de orice si din putinul de putere radiata inca o parte substantiala este absorbita sau reradiata aiurea. Problema mare cu simularile de antene, este cand nu sunt introduse toate datele necesare in simulare si in consecinta rezulta parametrii complet diferiti de realitate. Si eu si altii, care am mai facut simulare de antene, pentru rezultate cat mai credibile folosim in model, in afara de antana propiuzisa, inclusiv cablurile electrice de pe stalpi plus racordul la casa, cablul TV, telefon, macar o modelare sumara a instalatiei electrice din casa (atentie in podul casei, chiar sub antena (2m ?) se afla de obicei cabluri electrice !), alte antene aflate in amplasament, cabluri de ancorare cu tot cu izolatori, acoperisuri de tabla, structura armata din stalpii de beton. Ca sa simulezi toate astea, e drept trebuie muncit mai mult la model, calculatorul va lua mai mult timp pentru a rula o simulare, insa rezultatele vor fi mai apropiate de realitate. Acest model (template) poate fi folosit apoi pentru a simula orice alta antena in acel amplasament. Pe mine o asemnea simuare m-a ajutat sa remediez niste probleme de rezonante pe care le-am avut cu ancorele de la beam si sa inteleg mai bine interactiunea intre beam pe 15m si antena de 40m care se afla la aproape 30m distanta si care-mi afecteaza diagrama de radiatie. Daca dupa ce in model au fost introduse toate aceste noi date, antena inca mai este directiva atunci sunt sanse ca in realitate sa aiba ceva directivitate. Cu asta inchei si probabil nu mai revin. Cele spuse de mine au in spate un numar de esecuri personale cu antene scurte, din care cred ca am invatat cate ceva. Succes si 73
Postat de Ioan Mircea Radutiu-Nelu - YO3AOE la 2011-12-28 02:31:32 (ora Romaniei) L-asi intreba pe amicul Florin,care declara ca a lucrat efectiv cu antene scurte,cu care se pare ca a avut o serie de esecuri,daca a lucrat si cu o antena verticala scurta (7m)+ inductor mare cu multe prize la baza radiantului,de tipul Gotham, si daca da,ce rezultate a obtinut si ce parere are despre ea.Multumesc anticipat,73!,Nelu
Postat de Florin - YO8CRZ la 2012-01-02 23:02:25 (ora Romaniei) YO3AOE: Un email ar fi primit un raspuns mai rapid. Nu, nu am construit antena Gotham, aceasta fiind la moda prin anii 1950-60 cu mult inainte de anii in care am devenit eu radioamator. O antena verticala montata la sol ce foloseste unul pana la 4 tarusi metalici la baza pentru impamantare nu poate avea insa un randament prea bun. Se cunosate astazi ca orice verticala montata la sol are nevoie de un camp de radiale cu impedanta foarte joasa pentru a functiona cu eficienta decenta. O a doua problema la antena Gotham era modul de adaptare a impedantei care este foarte aproximativ (o inductanta cu prize + o anumita lungime de coaxial). Pe vremea cand se folosea antena asta, emitatoarele erau cu tuburi si foloseau un circuit de acord cu filtru in PI si care erau mai tolerante la impedente ale antenei diferite de 50 de ohmi. Emitatoarele moderne tranzistorizate , chiar si cele ce au antena tuner incorporat ar putea avea problme cu antena Gotham si sistemul ei de acord. Un Beta Match este o solutie mai moderna. O a treia problema, de fapt specifica la toate antenele verticale scurte, lungite electric la baza, este marimea curentului prin bobina si pierderile rezultate. Personal prefer alte metode de incarcare, cum ar fi incarcarea terminala capacitiva, care modifica distributia curentului in elementul radiant si produce implicit si o rezistenta de radiatie mai ridicata. Asta implica si o banda de frecventa operabila mai mare. Vezi articolul scris de mine pe acest site despre adaptarea folosind circuitul gama. Eu folosesc beamul pentru incarcare capacitiva in 80m. Modificarea distributiei curentului in elementul radiant este utila pentru o antena montata la sol si din alt punct de vedere : radiatia este proportionala cu curentul, si deplasarea punctului de radiatie maxima de la nivelul solului (baza antenei) catre varf este benefica pentru ca pune radiatia (macar in parte) deasupra caselor sau obstacolelor din imprejurime. 73

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