|
Как и обещал, после окончания настройки антенны на 1,8 МГц в статье "Зима - антенна 1,8 МГц", перестроил антенну на диапазон 3,5 МГц (без изменения размеров антенны). Снял все характеристики антенны, проверил уровни сигнала от антенны на удаленных SDR приемниках, WSPR. И вот, по результатам, выкладываю эту статью на сайт. Установить антенну на огород не успел, да и в ближайшее время не получится, в связи с моей болезнью. А, хотелось бы. Что получилось - читайте в статье. Эта статья во многом повторит предыдущую, с той лишь разницей, что изменятся данные уже для частоты 3,5 МГц. |
Зима - антенна 3,5 МГц
Кононов Владимир ( UA1ACO )г. Санкт-Петербург
В этом году появилась возможность для проверки идей по оптимизации размеров емкостных (ЕН) антенн для КВ диапазонов. Всвязи с чем была изготовлена цилиндритческая антенна на вентиляционной трубе диаметром 150мм и длиной 2 метра на середину КВ диапазона. Так как такой макет планировался только для измерения определенных параметров антенны, то материалы, для изготовления антенны, приобретались самые дешевые, а конструкция была максимально оптимизирована. В процессе изготовления возникла идея расширить диапазон вниз по частоте до 1,5-1,8 МГц и далее вверх до 3,5 МГц. Эта статья будет только для антенны на частоту 3,5 МГц. Возможно, в процессе конструктивных преобразований и проведенных измерений, будет продолжение статьи или отдельная статья об этой антенне на диапазоны 7 МГц, - время покажет.
А сейчас об антенне. Как и говорилось выше, антенна выполнена на вентиляционной трубе белого цвета, диаметром 150мм. Еще был приобретен переходник для вентиляционных труб диаметром 150мм. Катушка настройки намотана на ПП канализационной трубе коричневого цвета диаметром 160мм и состыкована с трубой антенны посредством упомянутого переходника. Конструкция антенны показана на рисунке Рис.1.
Рис.1 Конструкция антенны 3,5 МГц.
Естественно, перед изготовлением антенны был проведен ее расчет (можно в любом калькуляторе, которые представлены на сайте):
Рис.2 Расчет антенны 3,5 МГц.
Будьте внимательны. Для того чтобы ввести "емкостной фактор" (Capacitance Factor), после предварительного расчета, разделите длину цилиндра на длину катушки и повторите расчет. Можно этого и не делать и оставить значение 2 по умолчанию, но тогда расчет катушки настройки будет не точным.
Количество витков получилось больше на один виток, по сравнению с реальным - это хорошо... отмотать не доматывать. Кроме того, конструктивно можно раздвигать витки вверху (начале катушки) для настройки системы в резонанс, изменяя частоту настройки, и внизу (в конце катушки) для изменения КСВ. Причем, эти изменения взаимно друг на друга влияют.. Несовпаденние расчетного количества витков с реальным происходит потому, что сложно учесть все паразитные емкости.
Еще один важный момент, который необходимо проверить перед началом изготовления антенны - частоту собственного резонанса катушки настройки. Сделать это можно с помощью программы "Coil32" (эта программа бесплатная и есть везде в интернете - спасибо автору!).
Ниже приведен пример расчета катушки для данной антенны:
Рис.3 Расчет акатушки для определения собственного резонанса.
Как видим, частота собственного резонанса катушки настройки равна 6,705 МГц (указано красной стрелкой), что очень хорошо, иначе бы появились сложности с настройкой антенны.
Внешний вид антенны показан на рисунке Рис.4. Соединение цилиндров с катушкой настройки выполнено проводом снаружи антенны.
Рис.4 Внешний вид антенны 3,5 МГц.
(Антенна подвешена горизонтально к потолку на 2-м этаже (чердаке) бревенчатого дома.)
Какие материалы приобретались для изготовления антенны по ценам конца 2024г.:
- Труба вентиляционная 150мм - 1848 руб.
- Переходник для вент. трубы - 278 руб.
- Заглушка для вент. трубы 150мм - 411 руб.
- Фольга пищевая алюминиевая 30 мкм - 470 руб.
- Припой для алюминия AL-220 - 649 руб.
- Флюс для пайки алюминия Ф-64 - 277 руб.
- Провод ПЭТВ 2,0мм 15м (можно иной при пересчете катушки) - был в наличии.
- Разъем BNC - был в наличии.
- Отрезки провода для монтажа - были в наличии.
- Всего: 3933 руб. (даже с покупкой провода, около 5000 руб.)
- (все приобреталось на OZON, но видимо можно и дешевле)
Рис.5 Флюс, припой, клей.
Перед установкой и спаиванием цилиндров из алюминиевой фольги, чтобы не прожечь трубу при пайке, на трубу, в месте пайки, наклеивалась полоска из картона, (под фольгу) шириной примерно 3-4см. см. Рис.6.
Рис.6 Картонные полоски под фольгу.
После обертывания трубы фольгой, она временно скреплялась изолентой (можно и оставить после пайки). Пайка флюсом Ф-64 и припоем AL-220 (паяет великолепно). После пайки обязательно тщательно отмыть от кислотного флюса и закрасить цапон-лаком.
После изготовления, антенна настроилась с КСВ выше 1, для достижения КСВ=1, надо раздвинуть витки с нижнего конца катушки, но так как раздвигать было некуда, пришлось нижний виток отогнуть за пределы катушки. Частота около 3,5 МГц Рис.8 и Рис.9, КСВ=1. Внешний вид катушки настройки показан на рисунке Рис.7.
Рис.7 Катушка настройки.
Нижний виток отогнут для достижения КСВ=1, так как некуда было раздвигать витки.
Рис.8 На частоте 3,53 МГц КСВ=1,02 при полосе по КСВ=2 - 72 КГц.
Рис.9 На частоте 3,5 МГц КСВ=1.
Итак, антенна настроена, висит под потолком на чердаке. Характеристики антенны сняты. Посмотрим как она себя ведет в эфире?
Включаем трансивер "ICOM IC-718"на 80-метровый диапазон. Устанавливаем мощность 30 ватт. Подключаемся к удаленному SDR приемнику "SM0KOT" в Швеции, а затем к приемнику "OH5AE" в Финляндии . Для сравнения есть три антенны: диполь G5RV; широкополосный диполь длиной 30 метров ВВА-120 и наша емкостная (ЕН) антенна длиной 2 метра на чердаке.
Что же мы видим на анализаторе амплитуды (S-метре) на удаленных SDR приемниках, Рис.10 и Рис.11.
Рис.10 Уровни сигналов на SDR приемнике "SM0KOT" в Швеции, от трех антенн.
Рис.11 Уровни сигналов на SDR приемнике "OH5AE" в Финляндии, от трех антенн.
Антенна ВВА-120 широкополосна и захватывает диапазон 80 метров... это просто широкополосный диполь, как например, антенна T2FD. В общем не плохо... т.е. емкостная антенна работает чуть хуже полноразмерных, правда размеры этих Диполей в 15 раз больше и находится они на высоте 8-10 метров, а не на чердаке.
Кроме SDR приемников есть еще и WSPR, чтобы проверить приблизительно эффективность этих трех антенн. Воспользуемся WSPR. Установим мощность на трансивере 5 ватт. И... вот результаты, в файле PDF ЗДЕСЬ (1,2 Мб). Почему в файле, а не на рисунке? Просто количество приемников, зафиксировавших сигналы от антенн настолько велико, что рисунок получился бы очень большим, и так файл PDF получился размером 1,2 Мб.
Попробуем уменьшить мощность трансивера до 1 ватта (меньше нет возможности).
Все равно список получился большой, посмотрим на карту приемников, зафиксировавших сигнал с мощностью 1 ватт.
Рис.12 Карта с приемниками, принявшими сигнал от емкостной (ЕН) антенны с мощностью 1 ватт.
Не надо думать, что емкостная антенна имеет диаграмму направленности, направленную на Европу :-). Просто с восточной стороны WSPR приемников нет.
Рис.13 Уровни сигналов на WSPR приемниках от антенн.
Да, трудно увидеть рисунок с таким количеством принятых сигналов. Можно отдельно посмотреть ЗДЕСЬ . Нажмите в открывшемся окне на рисунок (таблицу) для увеличения. К сожалению, уменьшить мощность до нескольких милливатт, сейчас не представляется возможным.
Тоже не плохо... по количеству станций, принявших сигнал от емкостной (ЕН) антенны.
У меня есть SDR приемник, расположенный примерно в километре от меня (есть статья об этом приемнике на этом сайте). Посмотрим, какие уровни сигнала принял приемник (без отражения от ионосферы) поверхностной волной от этих трех антенн, без учета диаграмм направленности, Рис.14.
Рис.14 Уровни сигналов на SDR приемнике в километре от антенн.
Почему-то уровень сигнала от антенны ВВА-120 более чем на 10 dB меньше, как впрочем в сравнении с ЕН антенной на 1,8 МГц. Видимо диаграмма направленности у нее направленна в зенит, хотя на удаленных SDR приемниках, в других странах. этого не должно быть заметно, что и подтверждается измерениями: Рис.10 и Рис.11.
Опять не удержался... и провел одну связь с RK6CW Рис.15, потом вспомнил, что время не скорректировал.
Рис.15 FT-8.
Вот такие результаты в эфире.
Казалось бы на этом можно и закончить, вроде бы всё ясно. Но есть еще один момент, который хотелось бы упомянуть, по возможности, как я и сделал, когда настраивал антенну на 1,8 МГц. Какой момент? Это нагрев катушки настройки. Попробуем измерить температуру катушки настройки, при непрерывной подаче мощности на антенну. Установим те же 30 ватт и, хотя бы в течении 25 минут будем подавать мощность в антенну, потом сравним нагрев эквивалента 50 Ом.
Вот он результат на рисунке Рис.16.
Рис.16 График нагрева катушки настройки, а также эквивалента 50 Ом.
На графике кривая синего цвета - температура катушки настройки.
Кривая красного цвета - изменение температуры эквивалента 50 Ом.
Интересно, а кто нибудь измерял температуру нагрева Диполя? Хотя по длине протяженности полноразмерного Диполя (~21,5 метра) теплоотдача в окружающее пространство должна быть лучше, чем у сосредоточенной в одном месте катушки настройки и его температура была бы меньше. Кстати, а цилинды совсем не греются в течении всего времени, см. Рис.17.
Рис.17 Снимки с экрана тепловизора.
Просто для интереса:
1. Площадь двух цилиндров в емкостной (ЕН) антенне (излучающий элемент - конденсатор) равна - 847800 кв.мм.
2. Площадь провода диполя, сделанного из 5мм канатика (антенна ШП Диполь ВВА-120) равна - 1413000 кв.мм.
Т.е. площадь поверхности ШП Диполя в 1,5 раза больше, чем у емкостной (ЕН) антенны! Никогда обэтом не задумывались?
Глядя на график Рис.16, можно предварительно сделать вывод о КПД емкостной (ЕН) антенны. Что уходит в эфир, а что в тепло.
А теперь уже наверное все. Поставить антенну на улице видимо в ближайшее время не удасться, тем более с моей болезнью, а хотелось бы, как и с предыдущей ЕН антенной на 1,8 МГц много лет назад. В помещении очень большой уровень помех от различных источников (ТВ, зарядники, светодиодные лампы, резервные источники с ШИМ и т.д.). Тем не менее продолжу заниматься с этой антенной и вполне вероятно дополню статью или будет новая на частоту 7 МГц с этой же конструкцией.
Успехов всем!
73!
UA1ACO op. Vlad
г. С-Петербург
01.2025г.
UA1ACO op. Vlad
г. С-Петербург
01.2025г.