Суть эксперимента проста. Собираем стенд состоящий из двухлучевого осциллографа С1-115, трансивера ICOM-7000, блока питания трансивера DM-33OMVE, изоляционной штанги с подставкой, на которой крепятся поочередно ЕН или укороченный Диполь, изоляционной штанги с подставкой для крепления датчиков Е и Н полей, подключенных к осциллографу. Эстетическая сторона эксперимента оставляет желать лучшего, использовались подручные материалы, поэтому где-то применялась изолента для крепелния, и деревянные штанги... Длина всех соединительных кабелей (50 Ом) была минимальной: от трансивера к антенне - 50 сантиметров, от датчиков к осциллографу по 80 сантиметров. Была опробована установка ферритовых колец на кабели (на фото видно - лежат на осциллографе), но их установка никак не влияла на результаты измерений, поэтому они были сняты.
Антенны использовались на диапазон 14 МГц, длина волны 20 метров.
Сразу хочу заметить, что к результатам этого эксперимента надо подходить очень осторожно. Дело в том, что проведен всего один эксперимент, на одном диапазоне, с одной антенной и поля измерялись в непосредственной близости от антенн. Кроме того использовался не полноразмерный Диполь, а его укороченный аналог (все параметры которого можно посмотреть в статье http://ehant.qrz.ru/exp_eh23.htm на этом сайте).
И так, стенд собран, его внешний вид можно увидеть на рисунке Рис. 1
Рис. 1
Внешний вид стенда для измерения разности фаз между Е и Н полями.
(в верхнем правом углу более крупно показаны датчики Е и Н полей)
Сначала устанавливаем антенну - укороченный Диполь.
Подключаем датчики Е и Н полей к осциллографу.
Включаем осциллограф и выставляем линии лучей в центре экрана.
Включаем трансивер на передачу.
Устанавливаем мощность в трансивере около 10 ватт (не большую, в целях безопасности).
Проверяем КСВ (у ЕН и Диполя в пределах 1,2- 1,4).
Регулируем уровень сигнала входным аттенюатором осциллографа и совмещаем фигуры от датчиков Е и Н на экране.
Также смотрим, какое положение у входного аттенюатора осциллографа (в осциллографе С1-115, видно на экране).
Результат можно посмотреть на рисунке Рис. 2
Рис. 2
Снимок с экрана осциллографа при работе на укороченный Диполь.
Каковы особенности измерений:
Датчики располагались строго по центру Диполя, на расстоянии 20-30 см. от Диполя.
Разность фаз между сигналами от Е и Н датчиков, примерно 180 градусов.
Входной сигнал > 50 милливольт.
Синхронизация в осциллографе осуществлялась от сигнала с датчиком Е поля.
Здесь видимо важно отметить, что при одновременном изменении положения датчиков относительно середины Диполя (параллельно Диполю), разность фаз менялась от значения 180 градусов до, почти, 90 градусов (на концах), при перемещении датчиков вдоль Диполя (на одинаковом расстоянии от него). Также менялась и амплитуда сигналов от датчиков (минимум от датчика Е поля в центре, минимум от датчика Н поля на краю Диполя), причем довольно значительно.
Теперь установим ЕН антенну и снова включим трансивер.
Результат измерений виден на рисунке Рис. 3
Рис. 3
Снимок с экрана осциллографа при работе на плоскую ЕН антенну.
Расстояние от датчиков до ЕН антенны осталось неизменным.
Прежде всего бросается в глаза то, что уровень сигнала вырос очень значительно! Пришлось увеличивать затухание входного аттенюатора на осциллографе (на фото видно, что аттенюатор стоит в положении > 200 милливольт), как минимум в 4 раза. Ну и конечно, разность фаз между сигналами с Е и Н датчиков поля.
Сигналы не синфазны (как это должно быть по одной из теорий работы ЕН антенн), между ними разность в 20-22 градуса (одна клеточка на экране осциллографа, примерно 45 градусов). Можно ли это отнести за счет погрешности измерений?
Еще одна интересная особенность в сравнении с Диполем. При перемещении датчиков перед ЕН антенной, с одного края до другого (с неизменным расстоянием до антенны), фаза практически не изменялась. Картина совершенно другая, чем с укороченным Диполем. (да и сигнал не такой зашумленный от Е датчика).
Конечно понятно, что при таких небольших размерах антенн, размеры датчиков соизмеримы с антеннами (не точечные) и это вносит определенные погрешности в результаты измерений, совершенно определенно. Тем не менее, результаты позволяют задуматься ...
Еще раз хочется повторить, что к результатам надо отнестись осторожно и они требуют перепроверки на разных частотах, с разными антеннами и желательно в полевых условиях (длина волны-то 20 метров). Очень желательно сравнение провести и с полноразмерным Диполем и на расстоянии не 20-30 сантиметров, а и в нескольких метрах о антенны.
ССЫЛКИ:
1. Г.Б. Белоцерковский. "Основы радиотехники и антенны", Москва, 1969г., изд. "Советсткое Радио".
2. http://ehant.narod.ru/rx3ape.htm
3. http://ehant.qrz.ru/exp_eh23.htm
4. http://ehant.narod.ru/exp_eh14.htm
5. Мясоед В.П. (RN3ZM): "Антенна – движитель электромагнитной волны".
73!
UA1ACO op. Vlad
г. С-Петербург
05.2009г.
С момента появления ЕН...
Гусман В.Я.(RX3APE)
г. Москва
С момента появления ЕН-антенны возникли 2 основные точки зрения на этот тип антенн:
1. ЕН-антенна – это сильно укороченный «толстый» диполь.
2. ЕН-антенна – это «новая конструкция» антенны, отличающаяся по принципу работы от обычного укороченного диполя.
Конечно, основные споры идут вокруг усиления, излучения кабеля, сравнимости с полноразмерным диполем, но главное все-таки определиться является ли ЕН-антенна укороченным диполем!
Существующая теория антенн подробно описывает все нюансы дипольных антенн, как полноразмерных, так и укороченных (правда, справедливости ради, следует заметить, что сильно укороченные «толстые» диполи практически не описаны в учебниках по антеннам и не удалось найти сколько-нибудь серьезного описания практических исследований данного типа антенн, скорее всего в силу «безнадежности» получения практической пользы…).
Следуя классической теории распределение токов и напряжений (и соотношение фаз между ними) в антенне (в частности в укороченном диполе) подчинены вполне определенным, известным зависимостям. В частности, ток (Н-компонента) и напряжение (Е-компонента) противофазны и изменяются вдоль плеч диполя от максимального до минимального (существенно отличных) значения.
Если ЕН-антенна – укороченный диполь, то сказанное выше должно быть справедливо для нее (отличия могут быть, но не принципиальные…).
Автор ранее (ссылка) уже проводил эксперименты с двумя (конструктивно максимально похожими) антеннами (одна была изготовлена и настроена как классический укороченный диполь, вторая как ЕН).
Теперь Автор задался целью исследовать распределение токов (Н-компонента поля) и напряжений ( Е-компонента поля) этих двух антенн.
Как видно из приведенной статьи, для укороченного диполя распределение токов и напряжений ПОЛНОСТЬЮ соответствует классической теории, а для ЕН-антенны, распределение токов и напряжений ПРИНЦИПИАЛЬНО отличается от классической теории!
Это является существенным аргументом в пользу того, что ЕН-антенна не является укороченным диполем.
Как видно из статьи ток и напряжение (Е и Н компоненты) ЕН-антенны практически синфазны (несовпадение в 20 градусов может быть связано, как с погрешностями измерений, так и с несовершенством конструкции и настройки), как и предполагали сторонники ЕН-антенн в своих теоретических обоснованиях!
Как известно, из классической теории, в обычных (например полноразмерный диполь) антеннах вблизи антенны Е и Н компоненты не сфазированы и достигают фазировки только на границе «дальней» зоны. Теоретически, не противоречит законам физики возможность фазировки Е и Н компонент и в «ближней» зоне. Возможно ЕН-антенна, как раз и является такой конструкцией, которая позволяет осуществить эту возможность.
По крайней мере проведенные эксперименты это подтверждают.
г. Москва
05.2009г.
Измерение разности фаз между Е и Н полями в ЕН антенне.
(продолжение)
Кононов В.В. (UA1ACO)
г. Санкт-Петербург
Прошло почти два года с тех пор как была проведена серия предыдущих экспериментов. Мое мнение всегда однозначно, если есть возможность провести аналогичные эксперименты и подтвердить или поставить под сомнение предыдущие опыты - это всегда надо делать.
Сейчас появилась возможность повторить частично предыдущий эксперимент с применением более точной и современной, поверенной, измерительной техники. Ставилась следующая цель при проведении повторного эксперимента: измерить разность фаз между Н и Е полями почти на поверхности ЕН антенны, т.е. в ближней зоне. Для этого использовался двухканальный осциллограф "Tektronix TDS 2022B". В качестве датчиков Е и Н полей использовались соответственно, для измерения Е поля - короткий штырь (длина 25 мм.), в качестве датчика Н поля - датчик магнитного ВЧ поля "CP-2S" (до 8 ГГц) фирмы "Micronix" размером 1х1,5 мм.
Благодаря тому, что в настоящем экперименте, в отличие от предыдущего, использовались датчики с размерами в 10 и более раз меньшими, чем в предыдущем эксперименте, точность измерений увеличилась и значительно уменьшилась вероятность паразитных наводок, искожающих ход опыта.
В качестве источника ВЧ мощности для подачи на ЕН антенну диапазона 14 МГц, первоначально использовался трансивер "Yaesu FT-817" с выходной мощностью 5 ватт (Рис.5). Но из-за невысокой чувствительности датчика "CP-2S" и осциллографа "Tektronix TDS 2022B" в совокупности, пришлось использовать трансивер "ICOM-7000", увеличив выходную мощность до 25 ватт. Общий ход эксперимента показан на рисунке Рис.4
Рис. 4 Блок-схема постановки эксперимента.
Расположение датчиков относительно антенны можно увидеть на рисунке Рис.5
На скриншотах, желтым лучом вычерчивается кривая от датчика Е поля, голубым лучом - кривая от датчика Н поля. Синхронизация от канала с датчиком Е поля.
Рис. 5 Расположение датчиков.
Осцилограммма с экрана осциллографа при использовании трансивера "Yaesu Ft-817" показана на рисунке Рис.6 Конечно амплитуда сигналов с датчиков довольно мала и осцилограмма размыта, тем не менее совпадение фаз полей можно увидеть. Для повышения точности измерения и уменьшения погрешности, был использован трансивер "ICOM-7000" с выходной мощностью 25ватт. Скриншот осцилограммы при использовании трансивера "ICOM-7000" показана на рисунке Рис.7
Рис. 6 Измерение с трансивером "Yaesu FT-817".
Рис. 7 Измерение с трансивером "ICOM-7000".
Вот таков результат повторного опыта с датчиками намного меньшего размера, который полностью совпал с первым экспериментом.
А теперь посмотрим на рисунок из любого учебника или книги по антеннам, каково распределение Е и Н полей (токов и напряжений) в обычном полуволновом диполе, например обратимся к классической книге: "Карл Ротхаммель "Антенны", издание 11-е, исправленное, 2007г., том 1, стр. 44". Какое соотношение фаз у диполя вблизи антенны (в ближней зоне), Рис.8. (скан рисунка Рис.3.2в из книги) на рисунке в книге виден это сдвиг фаз. А для тех кто не понял рисунка, внизу (обведено красной рамкой) повторено: "Напряжение и ток сдвинуты по фазе на 900, тогда как разность фаз напряжений на концах излучателя составляет 1800".
Рис. 8 Скриншот из книги К.Ротхаммель "Антенны", т.1, 2007г..
Каким же образом соотнести то, что написано в книгах, с тем, что практически может измерить каждый (см. описание выше), с ЕН антенной? Здесь может быть два ответа: или в учебниках и книгах пишут ложь о диполе, или ЕН антенна не является укороченным диполем, к чему я и склоняюсь (и тогда становятся понятны особенности ЕН антенны, в том числе и настройка ее фазовым методом по фигурам Лиссажу, как это делают Dan (M0DFI) и Robert (M0RZF 200 Кб).
Успехов!
73!
UA1ACO op. Vlad
г. С-Петербург
02.2011г.
