\главная\р.л. конструкции\антенны\...

Диполь тире вертикал для 160/80м с «верхней» запиткой

После смены QTH в голове роились мысли по оптимальному использованию его доступного пространства для антенн как ВЧ, так и НЧ диапазонов. Окончательное решение родилось после просмотра дома на «виде сверху».

Одно плохо – висящий в пролете диполь будет ровно боком к преимущественным направлениям на 90 и 270 градусов, а это проигрыш сразу минимум 2 балла в направлении на Европу и Японию, особенно на 80м. Однако, решение о размещении диполя было принято.

Поскольку, существующий IV на 160/80 и 40/30 c трэпами уже 8 лет безупречно работал (равно как и остальные мои трэповые конструкции), без замешательств было принято решение о двухдиапазонной антенне, а именно на 160 и 80. Однако, учитывая высоту дома в 9 этажей, был велик соблазн спустить сверху и вертикал, который бы оперативно переключался.

Итак, исходные данные: диполь с трэпами на 160/80 и вертикал из точки запитки диполя вниз тоже с трэпом. Плечи диполя являются противовесами для вертикала. Ну, и коммутация..

Про моделирование…

Так уж случилось, что ни одна из программ так и не смогла полностью и максимально близко к реалии выдать мне полные данные, как бы я все ни учитывал. Конечно же, «собака зарыта» в т.ч. в учете диаметра проводников и учете их удлинения, т.к. голый провод обсчитывается более-менее правильно. С интересом выслушаю замечания.

Интересной была работа с GAL-ANA – в зависимости от сегментации, различия в показаниях были настолько большими, что назвать эту программу «моделировщиком» я бы на тот момент не решился – ни одна из других программ такой разницей не грешила. Однако, приспособился к сегментации и, в конечном итоге, именно ее модель и воплощал. Но приложил модель в ММАНА, т.к. у демо-версии GAL-ANA ограничение в числе проводников.

Все применяемые программы давали совершенно разные данные. Из-за этого возникла идея собрать и повесить экспериментальную масштабную модель 1:5, которая вместо расчетного резонанса на 18.08МГц (в NEC-2 for MMANA) вообще получилась на 17.5МГц в реалии. Использовался голый медный провод, диаметр которого точно в модели и был отражен. Я долго не мог понять, почему же NEC-2 так серьезно ошибся, а потом случайно обнаружил разницу в показаниях NEC-2 на двух геометрически АБСОЛЮТНО одинаковых моделях, но созданных разными способами! В одном случае результат расчета был близок к желаемому, а во втором – к реалии (разница между резонансами в 500 кГц на 18 МГц была принята непростительно большой). Это к вопросу о качестве создания моделей. Я решил убедиться в этом и с нуля создал новую модель – она оказалась похожа на правду: до трэпов (на верхнем диапазоне) расчет был очень близок, а после (нижний диапазон) разные программы давали очень разные данные. Ближе всех оказался NEC-2 и GAL-ANA, оставалось правильно учесть диаметр проводников и толщину изоляции при применении «полевки». Эксперимент с масштабированием удался..

Первый же подъем реального диполя показал, что на 80м его очень точно возможно просчитать, а вот на 160м то ли из-за влияния орехов на концах (а это тоже имеет место и в принципе можно было в торцевые проводники ввести емкости для их учета), то ли некорректного обсчета трэпов в программе, резонанс был ниже расчетного на 60 кГц. Поэтому приведена модель с РЕАЛЬНЫМИ геометрическими размерами – не удивляйтесь, что резонансы находятся не там, где им следует, тем более что провод применен в изоляции, который MMANA не может учесть (и еще нужно учесть, что реальные данные даны именно с учетом использования конкретного кабельного трансформатора, который особенно влияет на резонанс диполя диапазона 160м, но в модели не учтен). К тому же, замечен факт некорректного расчета в MMANе вертикалов при смещении точки их запитки. Т.е. программа показывает, что резонанс активно можно корректировать изменением длины противовесов, но реально настройка вертикалов корректировкой длины радиалов такого явного успеха не приносит и геометрическая длина самого вертикала более зависит именно от длины волны, а не от длины противовесов. Таким образом, обратная операция моделирования вертикала при фиксированной длине радиалов также может иметь погрешности.

С другой стороны, даже наспех набросанная модель в ММАНА сразу показала, что придется думать о согласовании диполя на 80м, т.к. его Rвх было около 100 Ом, а на 160м, как положено, в районе 50 Ом. Таким образом, прямая запитка кабелем 50 Ом результата явно не принесла бы. Уточнение в NEC-2 показало примерно то-же самое. Ясно, что четвертьволновый кусок кабеля с волновым сопротивлением 75 Ом без проблем согласует диполь на 80м, но что будет одновременно происходить с диполем на 160? Работа с APAK-EL начинала вселять уверенность в том, что согласовать и 160, и 80 без переключений реально! Однако, для точного расчета кабельного трансформатора необходимо в APAK-EL вносить точные данные по импедансу диполей в обоих диапазонах. Задача не такая простая, как кажется – нужен точный прибор, размещенный в точке запитки антенны, т.к. полуволновый отрезок все равно для такой задачи не совсем годится, что и было подтверждено на масштабной конструкции 9.6/18 МГц, подвешенной в 5м от земли и запитанной полуволновым повторителем с малыми потерями.

Важно было понять, что же происходит с Rвх диполя на каждом диапазоне при изменении длины кабельного трансформатора. Подбирая длину трансформатора в APAK-EL, пришел к тому, что можно согласовать оба диапазона, при этом будут перемещаться резонансные частоты диполей в относительно небольших пределах.

Файл диполь.nwl содержит исходные расчетные данные для APAK-EL - с ним можно наглядно посмотреть влияние кабельного трансформатора для этой конкретной антенны.

На рис.1 показаны расчетные графики КСВ (в APAK-EL) с применением четвертьволнового кабельного трансформатора длиной 13.7м (с диэлектриком из полиэтилена, Ку=0.66) для диполя с самостоятельными резонансами 1.83 МГц и 3.65МГц, имеющего Rвх 50 и 100 Ом соответственно.

Видно, что резонанс на 80м остался неизменным, а вот на 160м сдвинулся на 10 кГц вниз и чуть поднялось КСВ. Вот на этом наблюдении и было решено найти компромиссную длину трансформатора для обоих диапазонов без оглядки на резонансную частоту (ее можно править изменением геометрической длины антенны).

На рис.2. показан график КСВ при применении оптимального трансформатора длиной 10.4м для того же диполя.

Разница в КСВ, конечно, небольшая, но показывает, что возможен подбор линии таким образом, что компромисс достижим и в других, более тяжелых случаях.

Я же «блох ловить» на 160м не стал и, в силу широкополосности, диапазона 80м отдал приоритет в его пользу и применил именно четвертьволновый отрезок кабеля SAT-50 (вспененный полиэтилен, Ку=0.82) длиной 17.08м. Вот полученные графики Rвх и КСВ диполей (красная линия – КСВ, зеленая – Rвх акт., синяя – Rвх реакт.):

Не правда ли, напоминает расчетный график, приведенный на Рис.1?

Таким образом, с достаточно высокой точностью оказалось возможным моделирование кабельных трансформаторов в APAK-EL после получения исходного файла формата *.nwl из MMANA (с учетом, конечно, высоты антенны над землей в лямбдах – общее замечание при моделировании низких антенн в ММАНА), не утруждая себя снятием точных данных с реальной антенны.

С вертикалом на 160/80 проблем с согласованием при моделировании не возникло и предстояло продумать вопрос коммутации всей системы: необходимо при подключении диполя включать кабельный трансформатор, а при подключении вертикала – отключать его. В итоге, трансформатор был смотан в однослойную катушку (tnx RZ9CX) и разъемами подключен к коммутатору в точке запитки, одновременно являясь и запорным дросселем для диполя.

Полученные графики для вертикалов:

Для коммутации применены все 4 группы контактов реле РЭН-33. Влияние контактов было принято на этих частотах незначительным. Коммутация реле выполнена по «полевке» П-274, которая и является одновременно несущим тросом для ВЧ фидера питания.

Вблизи точки запитки на фидер РК-50-7 надето 100 колец М2000НН К20х12х6, на расстоянии 30м еще 40 таких же колец – все в термоусадочной трубке. Всего кабельная трасса составляет 50м до коммутатора и еще +55м магистрального кабеля до шека.

Конструкция антенны

Исходя из расстояния в пролете между домами, которое нужно было перекрыть (120м), было принято решение изготовить всю горизонтальную часть из биметалла 3мм. Однако, в самый последний момент я передумал (неприлично тяжелая конструкция получается) и сделал из свитой полевки. На концах лучей по 3 орешковых изолятора 40х28мм с расстоянием прогрессивно 40-50см друг от друга. Полотно вертикала выполнено из того же кабеля, но в одну нитку. Причем, его длина позволяла даже не использовать емкостную нагрузку – он весь умещался по высоте (до земли не доставал около 1м). Но это – исходя из электротехнических соображений, а из соображений жителей, конечно, нужно было нижнюю точку антенны поднять от земли, а недостающую длину компенсировать емкостной нагрузкой в виде двух проводников, расходящихся параллельно земле. Реально получилось не совсем параллельно, а в виде IV с вершиной в 5-6м от земли и углом при ней около 140 град. Кабель питания подведен перпендикулярно всем элементам антенны сбоку (с крыши). Герметизация всех открытых соединений выполнена силиконовым герметиком для аквариумных работ в профессиональной тубе (под пистолет).

Трэпы рассчитаны в TrapRus, погонную емкость имеющегося кабеля мерил сам цифровым измерителем (не брал из имеющейся базы данных) – эти данные и использовал при расчете. Получившаяся разница (10пФ) со справочными данными явно указывала на то, что при изготовлении трэпов рекомендуется не пользоваться справочными данными, т.к. даже кабели одной марки, но разных производителей имеют различные параметры. Лет 10 назад пользовался программой CoaxTrap, но оба варианта грешат одним: расчет ведется для конструкции, отличной от описанной в файле помощи к CoaxTrap, о чем и было описано здесь: полученные данные по емкости нужно делить на 4, а значение индуктивности – умножать на 4 и эти данные использовать при моделировании в MMANе. В остальном - все точно, если правильно внесена погонная емкость и требуемые геометрические размеры, то настройка не потребуется.

Схема соединений:

Примененный кабель РК-50-4 намотан на канализационной трубе для наружного монтажа (рыжая – стоимость 160-280р за п/метр в зависимости от магазина), параметры смотрел анализатором АА-330, настройка не потребовалась.

Внешний вид трэпов:

Сравнение в направлении на Европу с существующей Inverted "V" с точкой запитки на 10м выше (телескоп на крыше) показало следующее (напомню: диполь висит боком к Европе и должен проигрывать минимум 2 балла такому же диполю, но в перпендикулярном направлении):

  1. От коммутатора на крыше до точки запитки существующего IV проложено 35м кабеля 8D-FB, а до новой исследуемой антенны - 50м кабеля РК-50-7.
  2. В CW участке (куда и был настроен IV) обоих диапазонов в направлении на Европу разницы не замечено, но диполь оказывался менее шумным.
  3. В SSB участке разница по приему составила до 20 (ДВАДЦАТЬ!) дБ, а на передачу от 1 до 2.5 баллов в пользу диполя перед IV (тем более перед вертикалом).
  4. Вертикал проигрывал до 3 баллов.
  5. Операторы с юга (UK, UN) также были солидарны и склонялись к диполю, характеризуя его работу как "уж очень сильной", в свою очередь, ниже +10дБ никто из них на моем S-метре не принимался. Однако, в том же направлении на расстоянии 600км вертикал выиграл более 1 балла у диполя при связи с одним корреспондентом, у которого также был вертикальный штырь, длиной 18м с емкостными нагрузками. Разницы в силе принимаемого сигнала этого корреспондента между обеими антеннами я не отметил. С IV уже далее смысла не было сравниваться - он не выигрывал у диполя во всех случаях даже в имеющейся конфигурации...
  6. В направлении на Юг же, на расстоянии 10 тыс.км. (ZS6) предпочтение по приему отдал диполю, как менее шумному. К тому же, вертикал узкополосен и настроен в CW, а поскольку сравнение было на 3793 кГц, то получалось, что в SSB участке его КСВ уже был неприлично высоким. Докричаться до корреспондента на 100 Ватт не удалось, поэтому сравнить антенны на передачу не представилось возможным, а жаль - очень показательный эксперимент получился бы...
  7. Итак, за исключением одного случая, вертикал проигрывал обеим антеннам (Диполю и IV - изучал до 3000км), а особенно на ближних трассах и уже на расстоянии 300км разница была неприлично большой (около 5-6 баллов проигрыша вертикала перед диполем). Предполагаю, что если бы у всех корреспондентов, с которыми проводилось сравнение, были вертикальные антенны, результаты были бы противоположными.
  8. Влияние диполя на IV из-за относительно близкого их взаимного расположения было оценено по показаниям анализатора - график IV в части реактивной составляющей Rвх заметно размазался, но реальных изменений и патологий в его работе не отмечено. Обратного влияния прибор не показал, равно как и разницы в работе диполя после сворачивания IV.
  9. В случае выяснения невнятной работы вертикала в окружении домов через год сменю всю систему на несимметричный волновой диполь на 80м (как раз направление требуемое) и полуволновой на 160м - вот только вопрос согласования надо будет продумать.

Положительный побочный эффект: вертикал является отличной обзорной антенной для прослушивания ВЧ диапазонов параллельно с направленной антенной - в направлении ее заднего лепестка он явно выигрывает и позволяет оперативно контролировать ситуацию "сзади" от основного излучения направленных антенн.

RV9CX, Дмитрий



Глас народа
15.10.2008 10:17 >>...случайно обнаружил разницу в показаниях NEC-2 на двух геомет...  --  RZ3DK Валентин...
11.08.2008 13:31 Идею со сменой поляризации рамки в целях эксперимента воплотил кт...  --  RV9CX
11.08.2008 12:06 кстати! идея сверкнула, а что если применить коммутацию рамки так...  --  RA1TEX
11.08.2008 11:54 RV9CX, я думаю вы тоже на 160-80 метров не использовали три элеме...  --  RA1TEX
11.08.2008 08:41 Андрей, спасибо)) Алексей, видимо Вы довольствовались всю жизнь ...  --  RV9CX
11.08.2008 04:46 RA1TEX, не ну так тоже нельзя. Антенны можно и нужно сравнивать. ...  --  андрей1958
10.08.2008 20:39 а что тут коомментировать, все банально как любая повседневная пр...  --  RA1TEX
09.08.2008 21:49 Алексей, с интересом прочтем и Ваши изложения про "новшества" в Н...  --  RV9CX
09.08.2008 20:21 целая статья о том "как я вешал диполь" - ну вы даете мужики мож...  --  RA1TEX
08.08.2008 11:46 Андрей, вопросов нет - локальные проблемы имеются, однако, мы гов...  --  RV9CX
08.08.2008 11:17 Дмитрий, почти во всех учебниках написано, что вертикал выигрывае...  --  андрей1958
08.08.2008 09:29 Андрей, с интересом выслушаю хотя бы один довод в пользу вертикла...  --  RV9CX
08.08.2008 08:59 И вертикал с нижней запиткой лучше вертикала с верхней....  --  андрей1958
07.08.2008 14:57 хорошая статья. Лишний раз убеждаюсь что высокоподвешанный диполь...  --  ra4u...

Возврат

ООО Тарис - taris.ru: телеинспекция, видеодиагностика в Москве.