Cristian Colonati YO4UQ

Abstract

Determinarea evoluţiei a doi parametrii  importanţi ai unei antene magnetice: SWR şi RL (RUS – Raportul de Unde Staţionare şi Pierderile de Retur) pe intervalul a trei benzi de radioamator 21-24-28MHz prin eşantionarea dinamică a acordului  în frecvenţă prin telecomanda condensatorului variabil.

1.       Scurtă introducere.

1.1.  Sunt binecunoscute efectele negative ale unui raport de unde staţionare necorespunzător din punct de vedere al funcţionării ansamblului transceiver – antenă din care enumerăm numai câteva:

-          Diminuarea puterii transferate în antenă

-          Tensiuni de RF pe şasiul aparatelor

-          Perturbaţii de RFI şi TVI

-          Efecte negative în etajul final al echipamentului radio ş.a. (vezi şi [1] pag. 256-260)

1.2.  Antenele filare, verticale sau directive au fiecare o curbă de rezonanţă proprie pentru banda sau sub banda (CW, SSB) pentru care sunt construite sau reglate. În speţă aceste curbe rămân fixe (în afara unor mici variaţii sezoniere) şi practic după instalare nu mai sunt controlate ani de zile. În unele cazuri, pentru antenele scurtate construite pentru mai multe benzi, se face mutarea curbei de rezonanţă de la o bandă la alta iar în unele cazuri chiar în cadrul aceleiaşi benzi, prin selectarea unor elemente inductive fixe care modifică rezonanţa şi realizează un compromis convenabil pentru adaptare. Un exemplu pentru curbele de rezonanţă ale bine cunoscutei antene 14AVQ.

Pentru antenele electrice scurtate se poate analiza realizarea lui Florin YO8CRZ descrisă în lucrarea sa ([1] cap. 7.3 pag. 161-170), antena dipol scurtată realizată pentru 5 benzi cu un SWR maxim de 2:1.

1.3.  Restricţiile impuse de amplasare, spaţiu şi limitarea preturbaţiilor pot găsi o rezolvare în adoptarea unei antene magnetice pentru continuarea activităţii în unde scurte. Pentru determinarea modului în care răspunde o antenă magnetică multiband la parametrii de acord şi adaptare a fost realizat experimentul şi prezentarea de faţă. În video tutorialele ataşate este prezentat răspunsul la SWR şi RL prin eşantionarea dinamică a unei benzi de frecvenţe foarte largă între 20 şi 32 MHz în care se poate vedea comportarea excelentă a acestei antene la cei doi parametrii.

2.       Experimentul.

2.1.  Cum se modifică raportul de unde staţionare la o antenă magnetică multiband la realizarea acordului peste mai multe benzi? Este vorba despre o antenă magnetică cu diametrul de 63cm din ţeavă de Cu de 22mm. Ecartul maxim de frecvenţă acoperit de un condensator variabil cu aer, split stator de 10 – 50pF, este între 19 şi 42MHz. Se va face o captură dinamică de ecran pentru curbele de rezonanţă numai în intervalul interesant de 20 la 32MHz pentru a vedea comportarea antenei din punct de vedere SWR şi RL în benzile de 21, 24 şi 28 MHz.

Captura se va face pe patru intervale 20 la 23MHz, 23 la 26MHz, 26 la 29MHz şi 29 la 32MHz, în scopul de a permite o rezoluţie mai bună pentru afişarea curbei de rezonanţă.

2.2.  Din punct de vedere software captura s-a făcut cu programul Camtasia 8 iar procesul de eşantionare dinamică a fost realizat cu analizorul de antenă miniVNA ajutat de programul Ig_miniVNA al lui F4CLB. Modul de lucru al miniVNA a fost în modul “sweep”. Opririle eşantionării pe cele trei intervale au fost necesare pentru schimbarea limitelor de eşantionare în programul Ig_miniVNA. S-a realizat un acord şi adaptare optimă iniţială în banda de 21MHz la 21070kHz după care nu s-a mai umblat decât la acordul prin telecomandă al condensatorului variabil. S-a evitat astfel influenţa corpului în apropierea antenei care prin încărcare capacitivă poate schimba parametrii de funcţionare.

2.3.
 Pentru cei care doresc să refacă acest tip de măsurători dinamice pentru alte antene sau configuraţii de echipamente se va încerca o descriere amănunţită a experimentului.

În figura alăturată sunt prezentate configuraţia normală de echipamente şi antene a staţiei precum şi configuraţia necesară pentru măsurătoarea dinamică a SWR şi RL. Nu cred că sunt necesare explicaţii suplimentare.

2.4. În continuare fotografia alăturată prezintă cuplarea unui motor mic de curent continuu la un demultiplicator “sovietic” folosit în staţiile militare şi care era utilizat anterior pentru acordul manual al antenei.  Adaptarea mecanică este “made YO9FNJ”. Cu ajutorul acestei adaptări se realizează telecomanda CV pentru acordul de la distanţă.

2.5.
Comanda motorului de cc pentru funcţionarea reversibilă şi cu două viteze este făcută cu cea mai simplă schemă posibilă; cu un comutator de polaritate cu 3 poziţii: + plus, - minus şi stop şi o rezistenţă în serie pentru viteza mică a motorului.

                Parametrii de funcţionare:

-          U acumulator = 13,75V (a fost bine încărcat)

-          I direct = 0,6A = 600mA pe conexiunea directă motor – demultiplicator – CV

-          R = 50 ohmi / 2,5 watt

-          I lent = 0,19A = 190mA cu R introdus în circuit

-          Ur = 0,19 x 50 = 9,5V căderea de tensiune pe rezistenţă

-          Um = 13,75 – 9,5 = 4,25V tensiunea de lucru a motorului cu viteză mică

Timpii de lucru / acord pentru alimentarea directă:

1 rotaţie de 180 grade pentru CV minim la CV maxim în 3’30” = 210”

-          Pentru 1 grad = 210/180 = 2,62”/grad

-          Pentru 1 secunda = 180/210 = 0,857grade/secunda

Timpii de lucru / acord pentru alimentarea prin rezistenţă:

-          S-a măsurat timpul în banda de 21MHz între 20,5MHz şi 21,5MHz adică pe intervalul a 1MHz

-          Timpul de acoperire pentru 1MHz = 1000kHz a fost de 1’40” = 100” adică 10kHz/sec sau 100kHz/10sec ceea se pare a fi convenabil pentru un acord corect în porţiunea dorită.

Acordul fin, alimentarea motorului prin rezistenţă cu tensiune redusă, este utilă pentru fixarea curbei de rezonanţă, a adaptării în interiorul benzii, funcţie de modul de lucru CW, Digi sau SSB.

Timpii de lucru / acord pentru comutarea acordului între cele trei benzi 21-24-28MHz cu alimentare directă la viteza mare a motorului:

Pentru cea de a doua antenă (10 la 21 MHz) echipată cu un condensator variabil cu vid de 250pF nu s-a putut face acelaşi experiment deoarece nu a existat o telecomandă a acestuia necesară pentru a asigura condiţii corecte de eşantionare. Acordul pentru acestă antenă se face manual fără demultiplicator.

3.       Scurte concluzii

-          Pentru un acord şi o adaptare corespunzătoare atât unele antene electrice cât şi antenele magnetice au nevoie de comandă la distanţă.

-          Un acord şi o adaptare corespunzătoare diminuează substanţial efectele nocive ale unui SWR mărit (a se vedea şi [1] I - cap.3.2 pag.256-260).

-          O antenă magnetică multiband alimentată inductiv cu o buclă Faraday şi corect adaptată undeva în mijlocul gamei de frecvenţe acoperite prin acordul condensatorului variabil îşi păstrează adaptarea în tot intervalul.

-          Cu o antenă magnetică dotată cu un acord fin se poate lucra comod în toate modurile, în porţiunile de bandă alocate acestora, deplasarea în interiorul benzii se poate face rapid în timpi de ordinul secundelor. Se menţine adaptarea perfectă.

-          Controlul acordului se poate face foarte bine prin vizualizarea SWR pe aparatul analogic sau digital, pentru afişarea şi controlul raportului de unde staţionare. Probabil că un SWR-metru există în fiecare staţie de radioamator.

-          La o antenă magnetică calculată şi realizată pentru lucrul multiband, cu perimetrul pentru cea mai mare frecvenţă îndeplinind condiţia p < lambda/4, nu este nevoie de adaptor de antenă –tuner. Antena se poate acorda perfect printr-un cuplaj inductiv cu buclă Farady corect dimensionată şi reglată.

-          Analizorul de antene miniVNA şi programele asociate au favorizat analiza şi înţelegerea fenomenelor calitative şi cantitative pentru antene dar şi pentru ferrite, balunuri, tunere, ş.a. Împreună cu programele asociate este un instrument auxiliar deosebit de versatil şi eficient. În acest sens pot să menţionez realizarile lui YO3GGX – Dan Toma care a dezvoltat utilizarea echipamentului la distanţă prin conexiune wireless şi adaptarea programelor de analiză pentru utra portabilele “tablete”.

-          Îmi cer scuze dacă am dat în cursul expunerii unele precizări elementare privind propria realizare practică. Ştiu că există nenumărate alte soluţii de realizare dar obiectivul a fost de a prezenta cu un minim de efort şi investiţii un aspect mai puţin cunoscut din funcţionarea antenelor magnetice, cu avantajele şi dezavantajele acestora, comparativ cu alte antene. Nu am auzit şi nu am întâlnit până acum descrierea unei astfel de măsurători pentru antene, cel puţin în lumea “ham”-ilor.

-          Fişierele video MP4 pentru capturile dinamice de ecran sunt prezentate alăturat astfel:

01_SWR_20_23MHz.mp4

02_SWR_23_26MHz.mp4

03_SWR_26_29MHz.mp4

04_SWR_29_32MHz.mp4

                                şi cu viteză redusă în intervalul benzii de 21MHz

                                                SWR_Banda_21MHz_2.mp4

-          Este util să se urmărească pe ecran în imaginea realizată cu Ig_miniVNA la caseta superioară SWR mini (de culoare verde) evoluţia numerică si a celolalţi parametrii ai antenei: |Z|, Phase, Rs şi |Xs|. Aceşti parametri nu au mai fost selectaţi pentru afişare pentru a nu încărca prea mult imaginea care defila.

-          Anexa – varinta .pdf a articolului pentru a putea fi descarcată la nevoie.

Bibliografie.

[1] Florin Creţu – RADIOTEHNICĂ – Teoretică şi Practică.

                - I / 7.3 Dipol rotativ de dimensiui reduse pentru 5 benzi pag. 161 la 170

                - II / 3 Puterea directă, puterea reflectată şi raportul de unde staţionare pag. 251 la 260

[2] www.radioamator.ro/articole/view.php?id=894 / YO4UQ - Adaptarea fină a unei antene magnetice printr-un cuplaj inductiv cu buclă Faraday.

[3] Camtasia 8 /  http://www.techsmith.com/camtasia.html  /http://www.techsmith.com/camtasia.html / FREE TRIAL

[4] http://www.yo3ggx.ro/  -  miniVNA Android application version 0.9.3 now with Smithchart support

[5] http://www.wimo.de/instrumentation_e.html  / despre parametrii şi procurare miniVNA Pro

Cristian Colonati YO4UQ

Articol aparut la 6-7-2014

7745