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

Antene mici... in 80 m!

Gheorghe Andrei Radulescu YO4AUP


1. Acordati antena Hy Gain DX-88 in 3,5 si 7 MHz in intreaga banda
2. 80m... Cum si cu ce?
3. Epilog la Triangle Array [1] – Yagi cu 2 elemente
4. Epilog la Triangle Array [2] – Sa aprofundam antena Yagi cu 2 elemente
5. Epilog la Triangle Array [3] – V–Beam cu 2 elemente
6. Epilog la Triangle Array [4] – Antena W8JK
7. Epilog la Triangle Array [5] – Antena ZL

4. Epilog la Triangle Array [2] – Sa aprofundam antena Yagi cu 2 elemente

Fiindca programul de calcul al antenelor MMANA-GAL-basic ofera o multime de facilitati pentru radioamatorul pasionat de constructia antenelor, mi-am propus in continuare sa detaliez putin functionarea antenei al carei model l-am descris in /3/ de mai sus.

N.B. Toate rularile in MMANA cit si imaginile obtinute din /3/, sint pentru antena executata din undite din fibra de sticla, cu fir de 7,90m, montat de la 30cm distanta de axul vertical al mastului, lungite electric cu doua inductante de 3,85µH si 23,5µH, asa cum se arata in "Geometria" antenelor. - Fig. 203.1 Am botezat aceasta antena "Y1".

Frecventa de rezonanta calculata de MMANA-GAL_basic este de 3790 kHz. Redesenind caracteristicile de directivitate la frecventa de rezonanta, acestea arata ca in figurile urmatoare:


Fig. 203.1 Antena Y1 [yagi] – Geometria


Fig. 203.2 Antena Y1 [yagi] – Plan X-Y [proiectia in plan orizontal]


Fig. 203.3 Antena Y1 [yagi] – Plan Z-Y [proiectia in plan vertical]


Fig. 203.4 Antena Y1 [yagi] – Vedere 3D [vedere in proiectie axonometrica]

Daca se modifica frecventa de calcul in jurul frecventei de rezonanta, atit parametri antenei cit si alura curbelor de directivitate se modifica. Pentru un ecart de 20 kHz, [-10kHz, +10kHz], performantele antenei Y1 [yagi] se modifica astfel:

Fig. 203.5 - Y1 – Tabel 1


Fig. 203.6 - Y1 - Z (R-jX)


Fig. 203.7 - Y1 - Gain – FB


Fig. 203.8 - Y1 - SWR


Fig. 203.9 - Y1 - 20 kHz

Daca in Fig.203.7 se pune in evidenta faptul ca valoarea maxima a cistigului antenei este la 3792 kHz, [ frecventa de rezonanta, la care jX =0, este 3790 kHz !!!] poate este interesant de vazut ce se intimpla cu antena Y1 intre 3790 si 3795 kHz.


Fig. 203.10 - Y1 - Tabel 2


Fig. 203.11 - Y1 - Z (R-jX) 1


Fig. 203.12 - Y1 - Gain - FB 1


Fig. 203.13 - Y1 - SWR 1


Fig. 203.14 - Y1 - 4 kHz

Sinteza asupra antenei model Y1 din Fig. 203.x este redata in urmatoarele doua figuri:


Fig. 203.15 - Y1 - Tabel 3


Fig. 203.16 - Y1 – Directivitate

In concluzie, despre antena Y1, descrisa in Figurile 203.x de mai sus, se poate spune ca:

  • Antena este o antena de banda foarte, foarte ingusta.
  • Din acest motiv, transceiverul este practic transformat intr-o statie cu frecventa fixa.
  • Frecventa de rezonanta calculata a antenei Y1 este 3790 kHz
  • Cistigul antenei [calculat] la frecventa de rezonanta este de 6,60 dBi.
  • SWR [calculat] la frecventa de rezonanta, vis a vis de 50 Ω, este de 37,3
  • Z [calculat] la frecventa de rezonanta, vis a vis de 50 Ω, este R=1,3 Ω ; jX=0,30 Ω.
  • Cistigul maxim [calculat] al antenei este de 8,20 dBi.
  • Frecventa [calculata] la care antena are cistig maxim este de 3792 kHz.
  • SWR [calculat] la frecventa de3792 kHz, vis a vis de 50 Ω, este de 19,8
  • Z [calculat] la frecventa de 3792 kHz, vis a vis de 50 Ω, este R=2,5 Ω ; jX=2,8 Ω.
  • Este foarte probabil ca adaptarea antenei cu cablul, bibilita la frecventa de rezonanta, sa nu lucreze bine la frecventa la care cistigul este maxim, si invers !!!
  • Eu sint tentat sa bibilesc antena la frecventa la care cistigul este maxim !!!

Dar sa privim si raportul fata spate al antenei. Poate si acest factor ar trebui luat in considerare cind se analizeaza traficul spre Africa sau Oceanul Indian. Spre inainte cistigul mic al antenei poate fi compensat cu un imbunatatitor de propagare, dar la receptie, cind te ineaca cei din spate, conteaza raportul fata spate ! La aceasta antena Y1, comportarea antenei la alt azimut decit cel la care cistigul este maxim si la diferite unghiuri de elevatie, este aratat in cele ce urmeaza. In tabel sint culese valorile oferite de partea grafica a programului MMANA-GAL_basic.

Spre exemplificare, Fig.203.17 urmatoare, este imaginea "Far field plots" la frecventa de rezonanta, la un unghi de elevatie de 45° si la azimutul de 150° fata de directia cistigului maxim.


Fig. 203.17 - Y1 - Directivitate functie de azimut si elevatie

Modificind elevatia si azimutul, am citit si am inscris in tabelul urmator, cistigul antenei, asa cum este el calculat de program


Fig. 203.18 Tabel 4

In imagini 3D, valorile din Tabelul 3 sint reprezentate in figurile urmatoare:
Fig. 203.19 Imagine 3D la frecventa de rezonanta 3790 kHz


Fig. 203.20 Imagine 3D la frecventa de 3792 kHz


Fig. 203.21 Imagini 3D Raport Fata Spate

Si din analizarea acestor ultime figuri rezulta ca aceasta antena, botezata mai sus Y1, ar trebui bibilita pentru frecventa de 3792 kHz si nu la frecventa de rezonanta !!!

5. Epilog la Triangle Array [3] – V-beam cu 2 elemente

Frumos, nimic de zis, un yagi cu doua elemente, dar sa dau jos aricii [fiecare are 18 kg] plus sa demontez cite 3m de teava si sa-i tai si sa-i resudez numai cu doua aripi la 180° si sa remontez doi arici, mi se pare cam mult si vara daramite acum in prag de iarna!!!


Fig.301 Arici de 18 kg. bucata

Sint sanse mari, ca o data dati jos, aricii sa ajunga la poarta si sa faca fericit un colector de materiale recuperabile. Hi, hi, hi !!! Dar mi-am adus aminte de un articol citit cu multi, multi ani in urma [Der Besenstiel V-Beam !!!] si am rulat in MMANA – GAL_ Basic citeva variante de V-beam la 120°, in ideea refolosirii aricilor asa cum sint si mai ales acolo unde sint !!!

O cautare in internet cu amicul Google pe subiectul "V beam antenna" poate fi instructiva. Variantele analizate sint cele din figura 302, numerotate de la 1 la 4: Y1 este antena Yagi analizata anterior, [ brate paralele de 8m, lungite electric cu inductantele de 3,85 µH ramase de la antena pentru 7 MHz. plus cite o noua inductanta de 23,5 µH, inseriate, pentru acordul in 3,5 MHz., boom de 12m (de fapt nu exista boom, cei 12m fiind distanta dintre masturile care sustin cei doi arici) si inaltimea de la sol de7m, pamint cu caracteristici normale] iar celelalte 3, botezate Y2,Y3 si Y4 sint diferite variante de montaj oferite de reutilizarea aricilor cu bratele la 120°, existenti, fara a face modificari asupra lor.


Fig. 302 Variante ale antenei V - beam

Antena Y1

A fost analizata anterior, si poate fi citit la adresele date la inceputul articolului. Reamintesc ca antena Y1 are frecventa de rezonanta de 3890 kHz si cistigul maxim la 3792 kHz. Cistigul antenei, functie de azimut si elevatie, au fost prezentate in articolul anterior, dar le reiau si aici pentru usurinta urmaririi expunerii in ansamblul celor 4 variante de antena analizate.


Fig. 303 Tabel 4 Antena Y1

Am copiat si asamblat in figura 303.1 Y1 – Sinteza, parametri antenei Y1 calculati de programul MMANA – GAL _ basic, asa cum variaza ei cind frecventa se modifica de la 3790 kHz pina la 3794 kHz si cu valorile si diagramele de directivitate pentru elevatia de 45°.


Fig. 303.1 Antena Y1 - Sinteza.

Abia acum, in Fig. 303.1 am inclus si valoarea reportului fata – spate, F / B, asa cum este el calculat de programul Mmana – GAL _ basic. Cu premeditare nu am dat o mare importanta acestui parametru, deoarece intreaga discutie o fac pentru o antena in 80m care este fizic o antena scurtata, si este lungita electric cu inductante inseriate pe bratele dipolilor, deci antena nu este din start o antena de mare performanta. Din acest motiv consider ca interesul major este obtinerea unui cistig maxim si nu un raport fata-spate maxim. Asa cum se vede din tabelul din Fig. 303.1 Antena Y1 – Sinteza, raportul fata spate, F/B, [asa cum este el calculat de program, pentru elevatia de 45° si azimut de 120°] este maxim la frecventa de rezonanta a antenei in timp ce cistigul antenei, Ga, atinge o valoare maxima la o frecventa diferita de cea de rezonanta.

Facind aceiasi analiza pentru toate celelalte antene, Y2, Y3 si Y4, rezulta urmatoarele:

Antena Y2

Are frecventa de rezonanta calculata de 3785 kHz.si are cistigul maxim la 3787kHz


Fig. 304.1 Antena Y2 [V-beam <<] – Geometria


Fig. 304.2 Antena Y2 [V-beam <<] – Plan X-Y [proiectia in plan orizontal]


Fig. 304.3 Antena Y2 [V-beam <<] – Plan Z-Y [proiectia in plan vertical]


Fig. 304.4 Antena Y2 [V-beam <<] – Vedere 3D [vedere in proiectie axonometrica]

Exista o varianta pe care nu am detaliat-o in imaginile urmatoare, si anume aceea in care configuratia antenei este cea de mai sus [Y2], dar la care "Sursa" [cablul de alimentare al antenei] este conectat pe bratul celalalt al antenei [sursa se muta de pe elementul 4 pe elementul 11], varianta pe care am notat-o Y2’. Pentru cine vrea sa analizeze in detaliu si aceasta varianta, in rezumat pot spune ca "Geometria" este redata in figura 304.5 si diagrama de radiatie in proiectia in plan orizontal in figura 304.6. Asa cum se poate constata, diagrama de radiatie este identica cu cea a antenei Y2, dar intoarsa in oglinda.


Fig. 304.5 Antena Y2’ [V-beam <<] – Geometria


Fig. 304.6 Antena Y2’ [V-beam <<] – Plan X-Y [proiectia in plan orizontal]

Tabelul cu valorile cistigului functie de azimut si elevatie, pentru antena Y2, este urmatorul


Fig. 304.7 Tabel 5 Antena Y2

Si pentru a incheia analiza antenei Y2 – V beam, in Fig. 304.8 Antena Y2 Sinteza, sint incluse valorile pentru cistig si raport fata spate, la elevatia de 45°, la frecvente de lucru de la 3783 kHz pina la 3787 kHz. Se vede si aici ca raportul F/B este maxim la frecventa de rezonanta in timp ce cistigul este maxim la o frecventa potin mai mare.


Fig. 304.8 Antena Y2 Sinteza

De observat ca la Y1, elementul pasiv este reflector in toata excursia de 4 kHz analizata in timp ce la Y2, la frecventa cea mai mica, elementul pasiv este reflector, la 1 kHz mai sus, antena are radiatie bidirectionala, si abea de la frecventa de rezonanta in sus, elementul pasiv devine reflector.

Antena Y3

Mergind mai departe, pentru antena Y3, aceasta poate fi numita X-beam, analiza urmind acelasi curs cu cea prezentata la antena Y2. Frecventa de rezonanta este 3789 kHz iar cistigul maxim se obtine la 3787 kHz la o frecventa sub cea de rezonanta.


Fig. 305.1 Antena Y3 [X-beam ><] – Geometria


Fig. 305.2 Antena Y3 [X-beam ><] – Plan X-Y [proiectia in plan orizontal]


Fig. 305.3 Antena Y3 [X-beam ><] – Plan Z-Y [proiectia in plan vertical]


Fig. 305.4 Antena Y3 [X-beam ><] – Vedere 3D [vedere in proiectie axonometrica]

Tabelul cu valorile cistigului functie de azimut si elevatie este urmatorul


Fig. 305.5 Tabel 6 Antena Y3

Si pentru a incheia analiza antenei Y3 – X beam, in Fig. 304.8 Antena Y3 Sinteza, sint incluse valorile pentru cistig si raport fata spate, la elevatia de 45°, la frecvente de lucru de la 3785 kHz pina la 3793 kHz. Se vede si aici ca raportul F/B este maxim la frecventa de rezonanta in timp ce cistigul este maxim la o frecventa putin mai mica.


Fig. 305.6 Antena Y3 Sinteza

La antena Y3, la frecventa cea mai mica, de 3785 kHz, elementul pasiv este reflector, la 5kHz mai sus, antena are radiatie bidirectionala, si abea de la frecventa de 3791 kHz in sus, elementul pasiv devine reflector !!!

Antena Y4

Si ultima varianta analizata in MMANA, Y4 pe care nu stiu cum sa o denumesc [poate romb-beam, (dar nu imi suna bine)] cu urmatoarele imagini:

Frecventa de rezonanta este 3764 kHz si frecventa de la care cistigul este maxim, de 8dBi, este 3794 kHz. De la frecventa de rezonanta in sus, cistigul antenei creste de la 2,5 dBi pina la 8 dBi la frecventa de 3794 kHz, de unde tinde asimtotic catre valoarea de 8,5 dBi. Antena in aceasta forma, prezinta larezonanta o directivitate bidirectionala, avind la frecventele mai mici, cit si la cele mai mari decit frecventa de rezonanta, o caracteristica apropiata de cea circulara, fapt explicabil prin restringerea suprafetei plane ocupata de antena. Elementul pasiv este director.


Fig. 306.1 Antena Y4 [V-beam <>] – Geometria


Fig. 306.2 Antena Y4 [V-beam <>] – Plan X-Y [proiectia in plan orizontal]


Fig. 306.3 Antena Y4 [V-beam <>] – Plan Z-Y [proiectia in plan vertical]


Fig. 306.4 Antena Y4 [V-beam <>] – Vedere 3D [vedere in proiectie axonometrica]

Tabelul cu valorile cistigului functie de azimut si elevatie este urmatorul


Fig. 306.5 Tabel 7 Antena Y4

Si pentru a incheia analiza antenei Y4 – Romb-beam, in Fig. 306.6 Antena Y4 Sinteza, sint incluse valorile pentru cistig si raport fata spate, la elevatia de 45°, la frecvente de lucru de la kHz pina la kHz. Se vede si aici ca raportul F/B este maxim la frecventa de rezonanta in timp ce cistigul este maxim la o frecventa mai mare, de data asta, mult mai mare [ 30 kHz fata de 2 kHz la celelalte variante ale antenei.


Fig. 306.6 Antena Y4 Sinteza

La antena Y4, la frecventa de rezonanta, de 3764 kHz, elementul pasiv este putin reflector, antena are radiatie aproape bidirectionala.

Deoarece o imagine este mai convingatoare decit orice text in proza sau decit orice tabel, Figura 307 sintetizeaza tot ce am discutat pina acum


Fig. 307.1 Comparatie (clic pentru varianta marita)

Concluzia : daca merita incercat ceva, cu aricii existenti, atunci este antena Y2

In tot ce s-a discutat pina acum, s-a presupus ca toate elementele antenei sint ideale, fara pierderi, frumos ca in povesti. In realitate insa, intervine rezistenta in radiofrecventa care, fiind mult mai mare decit cea in curent continuu, strica imaginile idilice de mai sus [8dBi cistig – hi, hi]. Sa venim cu picioarele pe pamint si sa privim cu luciditate bobinele.

Despre parametrii bobinelor antenei

Parametri care intereseaza in acest caz si care trebuie determinati si optimizati, sint doi directi: inductanta si rezistenta in radiofrecventa, si unul rezultant, Factorul de calitate Q, care este rezultatul derivat din determinarea primilor doi.

A) Inductanta

Inductanta trebuie sa fie de 27.35 µH pentru fiecare brat al dipolilor. Marimile fizice – diametru, lungime, numar de spire, mod de bobinare – determina valoarea inductantei. Valoarea ei poate fi calculata de mina sau utilizind oricare din programele disponibile pentru acest lucru. Am ales sa bobinez 12 spire pe un diametru al bobinei de 250 mm [10 toli] si cu lungimea bobinajului de 200 mm [8 toli] . Reglajul fin al inductantei rezultate se face prin compresia sau intinderea bobinei [se modifica fin parametrul "lungimea bobine"].


Fig. 307 Inductanta bobinei.

B) Rezistenta in radiofrecventa

Prima data am intilnit o mentiune despre comportarea conductoarelor electrice in curent alternativ de radiofrecventa cind am citit cartea scrisa de, ing Liviu Macoveanu, YO3RD, intitulata
1. "Aparate de receptie si emisie de unde scurte si ultrascurte" publicata la Editura tehnica Bucuresti in anul 1958. Determinarea rezistentei unui conductor cilindric rectiliniu care lucreaza atit in curent continuu cit si in curent alternativ, indiferent de frecventa, este subiectul primului capitol [Rezistente] din partea intiia [Formule utile] a cartii si incepe la pagina 5 !!!
Acelasi subiect, tratat intr-o versiune moderna, a fost scris de G3YNH, David Knight si poate fi citit on-line la urmatoarea adresa:
2. http://www.g3ynh.info/zdocs/index.html
Prelucrari si particularizari ale acestui subiect, dezvoltate pe baza celor scrise de G3YNH se gasesc si la adresele urmatoare:
3. http://www.midnightscience.com/formulas-calculators.html#formulas8
4. http://daycounter.com/Calculators/SkinEffect/Skin-Effect-Calculator.phtml
5. http://www.allaboutcircuits.com/vol_2/chpt_3/6.html#kfactor.tbl
6. http://www.copperinfo.co.uk/busbars/pub22-copper-for-busbars/sec4.htm
7. http://www.ve3efc.ca/wire ohms.html

"Despre ce se agita lucrurile" in fapt?

In curent alternativ, rezistenta unui conductor este mai mare decit cea in curent continuu datorita fenomenului pelicular, care face ca deplasarea curentului electric prin conductor sa fie "inghesuita’ la periferia sectiunii conductorului, mijlocul acestuia, raminind cu o densitate de curent mult mai mica. Rezultatul este ca in radiofrecventa rezistenta unui conductor este mai mare decit cea in curent continuu, ca miezul conductorului nu este utilizat [la puteri si diametre mai mari se foloseste teava in loc de conductor plin] si ca Factorul de calitate al bobinelor scade mult datorita cresterii rezistentei proprii a inductantelor [din acest din urma motiv se folosesc conductori argintati sau teava argintata in tancurile finale de puteri mai mari]. In fotografia alaturata, preluata din bibliografia //5// de mai sus sint infatisate bobinele unui etaj final de 5o kW, executat din teava de cupru argintata.


Fig. 308 Bobinele pentru un emitator de 50 kW

In continuare urmeaza un exercitiu de analiza a bobinelor de 27.35 µH necesare pe fiecare brat al antenelor discutate anterior. Aceste bobine trebuie sa aibe o rezistenta in radiofrecventa foarte mica [rezistenta care consuma putere incalzindu – se] si implicit un factor de calitate Q foarte mare, si trebuie sa suporte curenti foarte mari. Am optat pentru executia lor din teava de cupru. In instalatiile de aer conditionat se foloseste teava de cupru de ¼ , 3/8 si de ½ toli. Dimensiunile de fabricatie ale acestor tevi, sint: [dimensiuni φint (mm) x Grosime(mm)]:

¼ " = 6.35 x 0.762 [ φext = 7,874mm ] A = 17.02487 mm2
3/8 " = 9.52 x 0.813 [ φext = 11,146mm ] A = 26.390890 mm2
½ " = 12.70 x 0.813 [ φext = 14,326mm ] A = 34.5127358 mm2

Am determinat mai sus geometria bobinei: bobina executata din teava de Cu, cu diametrul exterior d, cu diametrul bobinei de 250 mm, [10 toli] cu lungimea bobinei de 200mm [8 toli] Sint necesare 12 spire.[de fapt sint necesare 11.74 spire]. Cu aceste date rezulta ca bobina are 28.8 µH, asa cum se vede in Fig. 307 –Inductanta bobinelor.[Acordul pe valoarea exacta se face prin comprimarea sau extensia bobinei]

Lungimea desfasurata a bobinei este de 12 x π x 0,25 = 9.4245 m = 9.5 m

[Pentru patru bobine sint deci necesari 38 m de teava plus capetele]

Rezistivitatea cuprului tare, la 20°C este ρ = 17.71@ 20°C / nΩm

si are un coeficient de variatie cu temperatura α / °C = 0.00382.

Rezistenta in curent continuu a tevii de cupru tare este R = ρ l / A

Tabel : Rezistenta in cc a unui conductor rectiliniu, cu lungimea de 9.5m, executat din teava de cupru, calitatea tare, la temperatura de la - 20°C pina la +70°C.

Rezistenta in curent alternativ:

G3YNH, David Knight in referinta bibliografica // 2 // de mai sus, afirma ca daca diametrul conductorului este mult mai mare decit adincimea de manifestare a efectului pelicular de radiofrecventa, atunci se poate aproxima cu suficienta exactitate valoarea rezistentei in radiofrecventa a conductorului tubular si rectiliniu cu relatiile urmatoare din tabelul 3#1:

[vezi http://www.g3ynh.info/zdocs/index.html ]

Table 3#1: Approximate RF resistance of cylindrical conductors:

Daca acest conductor se infasoara sub forma unei bobine, curentul alternativ din fiecare spira influenteaza distributia curentului in spirele adiacente impingind liniile de curent mai mult spre periferie, sectiunea din conductor efectiv utilizata scade si in consecinta rezistenta in radiofrecventa a bobinei este mai mare decit aceea a unui conductor rectiliniu cu lungimea egala cu cel utilizat la confectionarea bobinei. Acest fenomen, numit efect de proximitate, a fost prezentat in "H. F. Resistance and Self-Capacitance of Single-Layer Solenoids", de catre R G Medhurst (GEC Research Labs.). in Wireless Engineer, Feb 1947 p35-43, Mar 1947 p80-92. Valorile prezentate de R G Medhurst au fost dezvoltate si extrapolate ulterior si prezentate in bibnliografia // 2 // de mai sus, in capitolul despre solenoizi, sub forma tabelului urmator in care p/d este pasul infasurarii raportat la diametrul conductorului si l/D este raportul intre lungimea bobinei si diametrul ei :

Factorul de proximitate ψ din tabelul 11.1 de mai sus care este functie de modul de bobinare, de dimensiunile bobinei si functie de temperatura de lucru a bobinei reprezinta numarul cu care trebuie multiplicata valoarea rezistentei in RF a conductorului drept pentru a afla valoarea rezistentei in RF a bobinei. Fiecare bobina va contine 9,5 m de teava din Cu, care are inainte de bobinare [conductor rectiliniu] la frecventa de 3.8 MHz, o rezistenta in radiofrecventa, la 20°C egala cu RRF = 8.417×10-8 (√f ) l/d iar la temperatura de lucru t°C egala cu RRF(t) = ρ (t)×10-8 (√f ) l/d de:

La 20°C, 9.5m teava de ¼ toli RRF20°C = 0.19798 Ω si RRF40°C = 0.21229 Ω
La 20°C, 9.5m teava de 3/8 toli RRF20°C = 0.13984 Ω si RRF40°C = 0.14995 Ω
La 20°C, 9.5m teava de ½ toli RRF20°C = 0.10877 Ω si RRF40°C = 0.11663 Ω

Pentru geometria aleasa, bobinele au D = 250 mm, l = 200 mm si N = 12,

Rezulta: l / D = 0.8

Si raportul intre pasul infasurarii si diametrul tevii , pentru cele trei diametre de teava alese, este egal

cu 2.12 la teava de ¼ toli ,
cu 1.50 la teava de 3/8 toli si
cu 1.16 pentru teava de ½ toli.

Astfel coeficientul de proximitate ψ citit in tabelul 11.1 de mai sus, este egal cu 1.68 la teava de ¼ toli ,
cu 2.25 la teava de 3/8 toli si
cu 4.20 pentru teava de ½ toli.

Avind coeficientii de proximitate determinati, rezistenta in RF a bobinei devine dupa cum urmeaza:

teava de ¼ toli , R B RF20°C = 0.3326 Ω La 40°C, R B RF40°C = 0.3566 Ω
teava de 3/8 toli , R B RF20°C = 0.3146 Ω La 40°C R B RF40°C = 0.3374 Ω
teava de ½ toli , R B RF20°C = 0.4568 Ω La 40°C R B RF40°C = 0.4898 Ω

Fiecare dipol va avea asadar rezistenta de pierderi, [care consuma putere incalzindu-se], data de suma rezistentei in RF ale celor doua bobine aflate pe el, de:

La 40°C, teava de ¼ toli R D RF40°C = 0.712 Ω
La 40°C, teava de 3/8 toli R D RF40°C = 0.675 Ω
La 40°C, teava de ½ toli R D RF40°C = 0.979 Ω

Sa rememoram valoarea impedantei antenei, linga frecventa de rezonanta, acolo unde cistigul era maxim, vedem ca aceasta valoare era undeva linga Zant = [2,5 + j2,5] Ω,

C) Factorul de calitate al bobinelor

Despre Q – ul bobinelor trebuie sa spun ca atita timp cit aceasta valoare se poate calcula nu este nevoie sa fac vre-o supozitie despre cam cit ar fi aceasta valoare. Calculul lui Q se face cu formula

Q = Ω L / RRF cu valoarea RRF la temperatura de lucru [ presupusa = 40 ° C] calculata mai sus.

Pentru modelele de teava alese, valorile lui Q devin :

Q = 2x πx f x L / RRF 40°C [ => cu f = [Hertzi], L = [Henry], RRF 40°C = [Ω]. ]

Si pentru f = 3.8MHz si L = 27.35 µH , cu bobina avind diametrul de 250 mm [10 toli], cu lungimea bobinei de 200mm [8 toli], bobina Avind 12 spire, expresia lui Q devine

Q = 653 / RRF 40°C

La 40°C, teava de ¼ toli R B RF40°C = 0.3566 Ω Q B RF40°C = 1831 La 40°C, teava de 3/8 toli R B RF40°C = 0.3374 Ω Q B RF40°C = 1935 La 40°C, teava de ½ toli R B RF40°C = 0.4898 Ω Q B RF40°C = 1333

D) Despre randamentul in putere al antenei

Abia aici trebuie sa fac mai multe supozitii deoarece sint multri factori si parametri care depind de situatia din teren si al caror efect pot doar sa-l intuiesc numai, fara a-l putea masura si cu atit mai putin pot fi introdusi corect intr-un program de simulare.

Daca facem bobinele din teava de Cu pentru instalatii de aer conditionat, [http://www.prompt-service.ro/produs/climatizare/teava-cupru-colac-neizolata-silmet-pentru-a-c-1-4-toli-p2137.html ] de 3/8 [ 9.52 mm x 0.813 mm ( φext = 11,146mm )], un dipol va avea rezistenta de pierderi in radiofrecventa in valoare de R D RF40°C = 0.675 Ω. Daca presupunem curentul in elementul pasiv 50% din valoarea curentului in elementul activ, atunci rezistenta echivalenta de pierderi prin incalzire a intregii antene este de Rant.RF40°C = 1 Ω.

Daca antena are o impedanta de radiatie egala cu Z = [2,5 + j2,5] Ω atunci puterea totala se repartizeaza 71.5 % in radiatie [ 2.5 / 3.5 ] si 28.5 % in pierderi prin incalzire [ 1.0 / 3.5 ].

Chiar daca admitem o marja de eroare de 100 % in determinarea rezistentei de pierderi a antenei [ 2 Ω in loc de 1 Ω pierderi si 2.5 Ω radiatie] repartizarea puterii intre radiatie si pierderea prin incalzire, de aproximativ 50 % radiatie si 50 % incalzire tot se justifica, in conditiile date mie, incercarea de a realiza antena Y2.

Orice comentariu de la cei care au facut asa ceva, este dorit si este binevenit.

Gheorghe Andrei Radulescu YO4AUP

Articol aparut la 15-2-2012

12495

Inapoi la inceputul articolului

Comentarii (8)  

  • Postat de Pit - YO3JW la 2012-02-15 09:50:08 (ora Romaniei)
  • 1. Atunci cand o antena are castigul lobului principal la unghi mare este o antena NVIS. Cu ce ma ajuta la DX ?
    2. Unul din mentori mei de la inceputul activitati mele avea o vorba: Nu faci cap dupa caciula!
    3. O antena asa de ingusta ca plaja de frecvente nu este un avantaj, ci din contra, un dezavantaj.
    4. In rest este frumos....

  • Postat de Lilian - YO3BL la 2012-02-15 10:00:31 (ora Romaniei)
  • Super articol.

  • Postat de Vasile - YO6EX (yo6ex) la 2012-02-15 13:05:15 (ora Romaniei)
  • Foarte frumoase diagramele si tabelele...

  • Postat de Mihail Moruzov - (neradioamator) la 2012-02-15 14:58:28 (ora Romaniei)
  • > Pit, YO3JW: "3. O antena asa de ingusta ca plaja de frecvente nu este un avantaj, ci din contra, un dezavantaj."

    Buna ziua! Ne-ati putea explica si motivele pentru care reprezinta un dezavantaj? Referitor la NVIS, desigur, nu e util ptr. cei care doresc DX, dar un sistem din asta vertical ar sta bine in zone cu spatiu restrans pe orizontala.
    Probabil ca sunt f multi care sunt interesati numai de legaturi locale in 80m, nu neaparat si DX, asa ca ar merita experimentata antena.

  • Postat de Stefanescu Florin yo4rxx - YO4RXX la 2012-02-15 19:34:49 (ora Romaniei)
  • Ca de obicei un articol super .Felicitari pt munca depusa.73 ADI

  • Postat de Razvan D. TAMAS - YO4AG la 2012-02-16 00:01:08 (ora Romaniei)
  • Studiul este interesant, iar rezultatele sunt cat se poate de pertinente. Se stie, de altfel, din teoria antenelor, ca un dipol foarte scurt are un castig foarte apropiat de cel al unui dipol lambda/2 (1,76dBi vs. 2,15dBi). Într-adevar, problema antenelor scurte este rezistenta redusa de radiatie (partea reala a impedantei de intrare), care atrage dupa sine pierderi însemnate de putere în circuitul de adaptare. In cazul studiat, insa, valoarea redusa a rezistentei se datoreaza in buna masura si distantei mici (in termeni de lungime de unda) fata de sol. Poate ca ar merita studiat si cazul unei distante mai mari. Pe de alta parte, a pierde 30% din putere nu este o tragedie si, în multe cazuri, nici nu se simte la corespondent. Mai importanta mi se pare problema benzii relativ inguste. Personal, folosesc o antena scurta si pot confirma ca, in lipsa spatiului pentru o antena rezonanta, se poate face trafic in conditii onorabile.

  • Postat de Pit - YO3JW la 2012-02-16 09:12:50 (ora Romaniei)
  • Pentru Mihail Moruzov:
    1.Cand esti in banda exista doua scenarii de baza; Chemi sau esti chemat. In primul caz baleiezi banda si cauti corespondentul. Acesta poate fi sau nu poate fi pe frecventa optima a antenei. In al doilea te asezi pe frecventa optima (daca este libera!) si dai apel iar corespondenti de te cheama. E posibil ca uneori sa te cheme ceea ce doresti, alte ori nu.
    2. "un sistem din asta vertical" In prezentarea de mai sus este vorba de antena yagi cu 2 elemente mai mult sau mai putin orizintale
    3. Pentru legaturi in YO in banda de 80m, dupa parerea mea, sunt suficienti 100W si o antena dipol la 8-10 m inaltime. Un semnal mai consistent se poate obtine marind puterea de emisie(daca se doreste si este in limitele autorizatiei)
    4. Am vazut mai demult o antena pentru NVIS sub forma unui dipol suspendat, iar dedesubt intr-un sant captusit, cu lungime cu 5% mai mare decat dipolul, era turnata apa sarata. Se obtinea un lob spre verticala ceea ce ajuta NVIS.
    5. O antena cu plaja de frecventa ingusta nu ajuta la selectivitatea unui receptor.
    6. Sunt convins ca aceeasi antena ridicata la ~40m (nu la 7m cum este ea studiata)ar fi o antena mult mai performanta, iar daca se poate roti, ar fi si mai si!

  • Postat de Florin Cretu - YO8CRZ la 2012-02-18 06:46:22 (ora Romaniei)
  • Ma bucur sa vad ca ca problema pierderilor a fost abordata la modul serios. Doua observatii. Prima, legata de programul MMANA care este bazat pe un nucleu MININEC. Asa cum am spus si in postarea de la articolul trecut, MININEC are niste limitari majore si ca atare nu poate fi folosit cu acuratete rezonabila in multe situatii. Una din probleme este modul cum este simulata influenta pamantului. In zona de camp reactiv/apropiat este folosit un model de pamant ideal, perfect conductiv. Abia in zona de camp departat poate fi folosit un model de pamant real. Da, stiu, programul permite selectia unui pamant real, la care se pot chiar adauga parametrii doriti. Din pacate e o pacaleala. Ca dovada, se poate schimba la antena simulata, pamantul real cu pamant MININEC (ideal) si se va constata ca impedanta antenei nu se modifica de loc cu tipul de sol, desi ar trebui. Castigul se schimba cu tipul de sol, pentru ca in camp departat (acolo unde se formeaza lobii) se foloseste in simulare pamant real, insa asta nu insemna ca valoarea castigului e corecta. Ce inseamna asta ? orice antena plasata asa de jos ( sub 1/4 lambda) va avea impedanta afectata puternic de pamantul ideal. Numerele rezultate din simulare nu sunt deci corecte. Nu stiu daca eroarea este spre plus sau spre minus , insa nu e corect. Asta e mostenirea MININEC! Din aceasi cauza, cu MININEC nu se pot calcula piederile in sol la o antena verticala montata la sol. De aceea acest program nu poate afisa eficenta antenei sau eficenta radiatiei. E drept, in unele din implementarile ulterioare o parte din limitari au fost inlaturate, insa nu si din programul MMANA. Deci : rezistenta de radiatie, reactanta si castigul calculat de program sunt incorecte pentru ca nu s-a tinut cont de limitarile programului. A doua observatie este referitoare la calcularea Q-ului. Prezentarea este corecta, insa lipseste cel de al treilea factor important (inafara de efectele de proximitate si pelicular) care determina reducerea Q-ului in bobine : capacitatea parazita ce determina curenti de circulatie intre spire. In principiu, putem dubla Q-ul bobinei dubland diametrul bobinei si diametrul conductorului, insa se ating rapid niste limite fizice... O alta problema potentiala este tipul de cupru folosit. Teava de cupru este in general facuta pentru a transporta lichide si nu este din cupru electrotehnic de mare puritate. Pentru asta cuprul contine un mic procent de fosfor, care previne oxiderea rapida. Problema este ca si un procent extrem de mic de fosfor (0.01%) determina o crestere drastica a rezistentei (10-40%). Aici ar ajuta argintarea, pentru ca la un cupru prost, argintarea face o diferenta mare. Mai exista o varietate de cupru fara oxigen care are o rezistenta chiar mai mica decat cuprul electrotehnic standard... O bobina de incarcare pentru antene, trebuie sa functioneza insa afara, in intemperii. Daca bobina oxideaza Q-ul scade la jumatate in decurs de 1-2 ani. Deci bobina trebuie protejata. Daca se vopseste insa, creste capacitatea parazita si scade Q-ul. Cat cantaresc bobinele astea facute din 9m de teava de 1/2"? Cu cat se modifica frecventa de rezonanta a antenei cu incalzirea bobinelor ? 1KHz, 10KHz...100KHz ? O directie ce trebuie explorata este schimbarea formei distribuitiei curentului, folosind alte metode de incarcare, ceea ce ar duce la cresterea de cateva ori a rezistentei de radiatie si implicit a benzii utile . 73

    Scrieti un mic comentariu la acest articol!  

    Opinia dumneavoastra va aparea dupa postare sub articolul "Antene mici... in 80 m!"
    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