|
Как я и обещал, после окончания настройки антенны на 1,8 МГц, описанной в статье "Зима - антенна 1,8 МГц", перестроил антенну на диапазон 3,5 МГц (без изменения размеров антенны). Далее антенна была перестроена (без изменения размеров антенны) на частоту 7 МГц. Эта статья во многом повторяет статью "Зима - антенна 1,8 МГц", с той лишь разницей, что описывается антенна на 7 МГц и все измерения проведены с этой антенной. После написания этой статьи появилась возможность дополнить статью и антенной на 10 МГц. |
Зима - антенна 7 МГц и 10 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 цилиндрическая 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 и 7 МГц. Эта статья будет только для антенны на частоту 7 МГц (и на 10 МГц). Уже после написания статьи она была дополнена антенной на 10 МГц, при той же конструкции антенны (уменьшено количество витков катушки настройки на 1 виток). 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 7 МГц.
Естественно, перед изготовлением антенны был проведен ее расчет (можно в любом калькуляторе, которые представлены на сайте):
Рис.2 Расчет антенны 7 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. Расчет делается для катушки намотанной виток к витку. Кроме того, конструктивно можно раздвигать витки в начале и конце катушки для коррекции частоты и подстройки КСВ. Несовпаднние 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 12,102 МГц (указано красной стрелкой), что очень хорошо, иначе бы появились сложности с настройкой антенны. Если частота собственного резонанса катушки близка к частоте настройки антенны, есть вероятность настройки антенны на частоту настройки катушки (параллельный резонанс) и тогда антенна работать будет очень плохо.
Внешний вид антенны показан на рисунке Рис.4. Соединение цилиндров с катушкой настройки выполнено проводом снаружи антенны. Такая конструкция позволяет намного упростить монтаж макета.
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 скрплялась изолентой (можно и оставить после пайки). Пайка флюсом Ф-64 и припоем AL-220 (паяет великолепно). После пайки, место пайки обязательно тщательно промыть от флюса закрасить цапон-лаком.
Внешний вид катушки настройки показан на рисунке Рис.7.
Рис.7 Катушка настройки на 7 МГц.
Катушка настройки 5 витков, провод ПЭТВ 2мм.
Рис.8 На частоте 7,1 МГц КСВ=1,03 при полосе по КСВ=2 - 165,6 КГц.
Итак, антенна настроена, висит под потолком на чердаке. Характеристики антенны сняты. Посмотрим как она себя ведет в эфире?
Включаем трансивер "ICOM IC-718"на 40-метровый диапазон. Устанавливаем мощность 30 ватт. Подключаемся к удаленному SDR приемнику "Karelia" в Финляндии, 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 "Karelia" в Финляндии, от трех антенн.
Рис.11 Уровни сигналов на SDR приемнике "OH5AE" в Финляндии, от трех антенн.
Антенна ВВА-120 широкополосна и захватывает диапазон 40 метров... это просто широкополосный диполь, как например, антенна T2FD. В общем не плохо... т.е. емкостная антенна (ЕН) 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 1 ватт. И... вот результаты:
Рис.12 Карта с приемниками, принявшими сигнал от емкостной (ЕН) антенны с мощностью 1 ватт.
Рис.13 Уровни сигналов на WSPR приемниках от трех антенн.
Магнитная буря, в течении нескольких дней, не позволила полноценно измерить уровни сигналов с помощью WSPR.
А вообще не плохо... даже в период магнитной бури.
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.
И опять не плохо поверхностной волной. Как я и говорил, Дипольные антенны (из-за низкого расположения над землей) видимо имеют диаграммы направленности, ориентированные в зенит. Диаграмма направленности емкостной (ЕН) антенны - близка к сферической в вертикальной плоскости, отсюда и выигрыш поверхностной волной.
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 и 3,5 МГц. 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.
Температура нагрева катушки примерно такая же как и в антеннах на 1,8 МГц и 3,5 МГц, независимо от количества витков.
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.
Рис.17 Снимки с экрана тепловизора.
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. 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 10 МГц с этой же конструкцией.
Зима - антенна 10 МГц
Кононов Владимир ( UA1ACO )г. Санкт-Петербург
Как и было обещано, продолжение статьи об антенне на частоту 10 МГц, при той же конструкции.
Что мы имеем? Конструкция антенны осталась прежняя, Рис.1 и Рис.4. Разница состоит в том, что катушка настройки имеет на один виток меньше, т.е. - 4 витка, Рис.18.
Рис.18 Катушка настройки на 10 МГц.
Катушка настройки 4 витка, провод ПЭТВ 2мм.
После настройки, АЧХ антенны показана на рисунке Рис.19
Рис.19 На частоте 10,1 МГц КСВ=1,05 при полосе по КСВ=2 - 520 КГц.
Как и говорилось выше, после расчета антенны, необходимо проверить собственный резонанс катушки настройки, как это показано на рисунке Рис.3, с той разницей, что на частоте 10 МГц, собственный резонанс катушки настройки павняется 17 МГц. Это очень хорошо, запас есть.
Итак, антенна настроена, висит под потолком на чердаке. Характеристики антенны сняты. Посмотрим как она себя ведет в эфире?
Включаем трансивер "ICOM IC-718"на 30-метровый диапазон. Устанавливаем мощность 30 ватт. Подключаемся к удаленному SDR приемнику "SA4BNA" в Швеции. 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 удаленном SDR приемнике, Рис.20.
Рис.20 Уровни сигналов на SDR приемнике "SA4BNA" в Швеции, от трех антенн.
Кроме SDR приемников есть еще и WSPR, чтобы проверить приблизительно эффективность этих трех антенн, воспользуемся WSPR. Установим мощность на трансивере 1 ватт. Пока магнитная буря нескольо затихла, посмотри на результаты...:
Рис.21 Уровни сигналов на WSPR приемниках от трех антенн.
А вообще не плохо... даже в период затишья магнитной бури.
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.22.
Рис.22 Уровни сигналов на SDR приемнике в километре от антенн.
И опять не плохо поверхностной волной. Как я и говорил, Дипольные антенны (из-за низкого подъема над землей) видимо имеют диаграммы направленности, ориентированные в зенит. Диаграмма направленности емкостной (ЕН) антенны - близка к сферической в вертикальной плоскости, отсюда и выигрыш поверхностной волной.
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, 3,5 МГц и 7 МГц. Это нагрев катушки настройки. Попробуем измерить температуру катушки настройки, при непрерывной подаче мощности на антенну. Установим те же 30 ватт и в течении 25 минут будем подавать мощность в антенну, потом сравним нагрев эквивалента 50 Ом.
Вот он результат на рисунке Рис.23.
Рис.23 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.
Катушка практически не греется, что видно на экране тепловизора, Рис.24.
Рис.23 Скриншот с экрана тепловизора.
А теперь пора заканчивать описание антенны на 10 МГц, но... на этом все не закончено.
Необходимо будет объяснить очень важный момент. Зачем надо было делать такой ряд антенн на 1,8 МГц; 3,5 МГц; 7 МГц; 10 МГц. ?
Об этом будет следуюшая статья, в которой будет рассказано как правильно выбирать размеры и конструкции емкостных (ЕН) антенн. Как только осмыслю результаты, полученные при макетировании и маленько поправлю свое здоровье - обязательно напишу, думаю, что это очень важно.
Удачи всем и хорошего эфира!
73!
UA1ACO op. Vlad
г. С-Петербург
01.2025г.
UA1ACO op. Vlad
г. С-Петербург
01.2025г.