МИР ЕН-Антенн



Сайт, посвященный ЕН-Антеннам. Статьи. Описания. Конструкции. Эксперименты. Результаты испытаний.

Наконец удалось сделать то, что планировалось уже год назад, но никак не удавалось осуществить по разным причинам, в основном техническим, да и климатическим тоже - зимой в 30 градусный мороз много не наизмеряешь на улице. Удалось сделать систему из нескольких ЕН антенн и провести предварительные испытания этой системы.

ИСПЫТАНИЯ СИСТЕМЫ ИЗ НЕСКОЛЬКИХ ЕН АНТЕНН

Кононов Владимир ( UA1ACO )
г. Санкт-Петербург

Сразу хочу сказать, что результаты описанных ниже испытаний ЕН антенн надо принимать лишь как ориентировочные. Проведены они были лишь один раз и для получения достоверных результатов, должны быть повторены и желательно в разных условиях (первые, были проведены в городских условиях и не описаны здесь, но во многом совпали с данными испытаниями). Надеюсь, что энтузиасты ЕН антенн смогут повторить такие опыты и поделятся полученными результатами. В перспективе есть надежда повторить подобный вариант и на 14 МГц.
Конечно хорошо иметь собственный полигон для испытания антенн, оснащенный необходимой аппратурой. За свою жизнь я бывал на нескольких таких объектах. Но... на "безрыбъе и рак рыба", как говорят. В качестве полигона пришлось использовать поле, а точнее просеку, а в качестве приборов радиолюбительскую аппаратуру.
Более года назад возникла идея построить систему из нескольких ЕН антенн для определения ее коэффициента усиления.
А вообще-то, если согласовать две ЕН антенны, будет эта система обладать увеличенным усилением, по аналогии, например, с двумя диполями? Даст такая система прирост усиления или нет?
Никто пока, насколько мне известно (за исключением Александра Сенчурова UT4EK), такие испытания не проводил. Правда один раз в интернете, около года назад, мне удалось увидеть материал, озаглавленный как "фазированная антенная решетка из ЕН антенн (пивных банок)", к сожалению не помню авторов данной конструкции, (см. ЗДЕСЬ ), обладающая очень большим усилением, но на мой взгляд , были использованы не ЕН антенны, а просто укороченные диполи. К сожалению, подробности конструкции описаны не были. А ведь если принять, что одиночная ЕН антенна работает на уровне диполя, то две ЕН антенны должны давать прирост усиления уже в ~3 db! А вдруг, к тому же, такая система будет обладать направленным действием? Сравните теперь два полноразмерных диполя, да еще разнесенные на необходимое расстояние, и две малюсенькие ЕН антенны! Впечатляет!

Эти вопросы мучили меня уже почти год, но провести такие испытания возможности не представлялось. И вот настал момент когда все это можно проверить. Испытания решено было провести на частоте 145,5 МГц. Антенны на этот диапазон у меня уже отработаны (за все время сделано более 10 антенн), и все нюансы их настройки понятны. К тому же система будет занимать не так много места и ее можно вывезти за город для проведения испытаний, где нет посторонних предметов и открытое пространство позволит провести испытания с максимальной точностью (что в городских условиях выполнить практически очень сложно).

И так, что мы имеем:

Четыре ЕН антенны на диапазон 145,5 МГц с байонетными разъемами BNC. Конструкция антенны описана в предыдущих статьях этого сайта.
Четыре эквивалента 50 Ом, в отдельных байонетных разъемах BNC (применяются в компьютерных сетях).
Систему согласования на отрезках кабеля RG-58, для четырех антенн.
Приемник на 145,5 МГц с кварцевой стабилизацией (чувствительность ~1 микровольт) и выходом (без АРУ и ограничителя) на цифровой измеритель выхода. Вид приемника ЗДЕСЬ
Цифровой измеритель выхода (использовался мультиметр M890G, с 4-х разрядным цифровым индикатором).
Контрольный передатчик с кварцевой стабилизацией частоты и выходной мощностью 1 ватт, с установленной на передатчике ЕН антенной (ВЕРТИКАЛЬНО) без фидера, (питание автономное, от аккумулятора).
Универсальную самодельную стойку, из диэлектрического материала, на которой возможно располагать антенны в произвольном месте пространства и относительно друг друга, а также менять положение любой антенны в горизонтальной плоскости.
Прибор MFJ-259B для контроля КСВ используемых антенн.
Контрольный индикатор поля (собранный по схеме UA3WIP)

Самый главный момент в этом опыте - это правильное согласование антенн, так как от него будет зависеть точность измерений и результаты опыта. Нового здесь ничего нет (см. например, Карл Ротхамел "Наречник по Антени" изд. "ТЕХНИКА" София 1977г., стр. 367). и решено было использовать типовую схему согласования на отрезках коаксиального кабеля.
Вся фидерная система согласования выполнена из кабеля RG-58. Схему согласования можно посмотреть на рисунке Рис.1
В результате тщательного подбора элементов согласования, удалось добиться КСВ на входе не хуже 1,2. Разброс КСВ, при замене ЕН антенн на эквиваленты (заглушки по 50 Ом) был не более 0,1- 0,3.

Рис. 1
Система согласования четырех ЕН антенн на отрезках кабеля RG-58 (50 Ом).

План проведения опыта
Теперь о плане проведения опыта. Для того чтобы исключить влияние посторонних предметов, аппаратура (RX/TX) располагалась на растоянии примерно 300 метров друг от друга (150 длин волн!). Передатчик и приемник были строго зафикстированы. На расстоянии 300 метров от передатчика была развернута стойка из диэлектрического материала с произвольно располагаемыми в пространстве ЕН антеннами. К сожалению высоту стойки не удалось сделать (по механическим ограничениям) более 2-х метров. Количество ЕН антенн могло быть любым от 0 до 4. Если ЕН антенна не была установлена, на ее место, для исключения рассогласования фидерной системы, включалась заглушка на 50 Ом. Длина кабеля от системы согласования до приемника равнялась двум длинам волн, умноженным на коэффициент укорочения кабеля (0,66).
На рисунке Рис. 2, можно увидеть универсальную стойку, с установленными на ней ЕН антеннами, вместо неустановленных ЕН антенн используются заглушки на 50 Ом.

Рис. 2
Фотография универсальной стойки, с установленными ЕН антеннами.
(один из вариантов)

Положение ЕН антенн:
Конструкция стойки в статье подробно не освещена, так как изготовить ее не представляет особых сложностей и все сделано из стандартных пластмассовых труб (для сварки) системы водоснабжения, так же использованы крестовины и крепления этой же системы.
После изменения геометрии расположения антенн или их количества, включался передатчик - 1 ватт (с ЕН антенной) и записывались показания уровня сигнала на приемной стороне.
Положение ЕН антенн в пространстве, с применением этой универсальной стойки, может быть совершенно произвольным (см. Рис. 3-6)

Рис. 3

Рис. 4

Рис. 5

Рис. 6

Для начала было решено провести эксперименты с одной ЕН антенной (разные положения в пространстве). В этом случае мы имеем несколько вариантов (антенна расположена вертикально; антенна расположена горизонтально; антенна расположена вертикально, но повернута в верикальной плоскости на 180 градусов; далее горизонтально и на 180 градусов; под углом 45 градусов и т.д.). Результаты измерений, соответствующие каждому положению ЕН антенны сведены в таблицу Табл. 1

		Перпендикулярно антенне TX	Перпендикулярно антенне TX			Направлена на антенну TX	Отвернута на 180 гр. от антенны TX
0 dB	+1,3 dB	+1,0 dB	+1,1 dB	-0,4 dB	-0,4 dB	+1,3 dB	-0,3 dB

Табл. 1
Уровни сигналов, соответствующие положению антенны.

Комментарии будем делать в конце статьи. Теперь можно перейти к следующей части опыта и включить две ЕН антенны и посмотреть как взаимное положение антенн (расстояние между ними) и их положение в пространстве, отразятся на уровне сигнала.

Две ЕН антенны
Далее было подключено две ЕН антенны через систему согласования (неиспользуемые два разъема BNC заглушены заглушками в 50 Ом). Антенны располагались в плоскости перпендикулярно направлению на передатчик и были закреплены вертикально в одной горизонтальной плоскости (Рис. 7, антенны №1 и №2).

Рис. 7
Расположение ЕН антенн на мачте.

Ниже приведена таблица уровней сигналов с двух ЕН антенн, при различном расстоянии между антеннами, расположенными в одной горизонтальной плоскости и установленными вертикально.
Результаты опыта сведены в таблицу Табл. 2

Расстояние между антеннами (метры)	0,2	0,3	0.4	0.5	1,0	1,5	2,0	2,0 (антенны расположены горизонтально)	Одна антенна контрольный уровень
Уровень сигнала	-12,1 dB	-11,6 dB	-5,6 dB	-5,1 dB	+4,4 dB	+6,4 dB	+7,6 dB	+10,8 dB	0 dB

Табл. 2
Уровни сигналов, соответствующие расстоянию между двумя ЕН антеннами,
относительно уровня сигнала с одной ЕН антенны.

Существенная деталь... при изменении расстояния между антеннами в 10 раз (от 0,2 до 2 метров) уровень сигнала менялся более чем на 20 dB! Особенно сильно уменьшение сигнала при расстояния между антеннами менее 1 метра (0,5 длины волны или иначе, менее 5 длин самой антенны).

Теперь довольно интересное измерение, но проведенное уже под конец, и не продолженное из-за нехватки времени (вот так всегда, самое интересное и не удается). Трудно объяснить результат, по сравнению с расположением антенн в горизонтальной плоскости. Будем ждать следующего момента для повторения опыта и знать на что обратить внимание.
Две ЕН антенны бы расположены одна над другой в вертикальной плоскости и на расстоянии друг от друга сначала на 0,5 метра, а затем на 1 метр, соответственно (см. Рис. 7, антенны №1 и №3)
Результаты опыта сведены в таблицу Табл. 3

Расстояние между антеннами (метры)	0.5	1,0	Одна антенна контрольный уровень
Уровень сигнала	+12,3 dB	+7,4 dB	0 dB

Табл. 3

Теперь попробуем повторить опыт, но несколько по другому. Одну антенну сделаем активную, а вторую, пассивную, нагруженную на 50 Ом. Результаты сводить в таблицу нет необходимости, так как при различном расстоянии между этими антеннами (от 0,2 до 2 метров), уровень сигнала с активной антенны не менялся совсем (+/- 0,2 dB).

Я прекрасно понимаю, что проведенные опыты выполнены довольно "кустарно" и обладают погрешностью измерений (хотя инструментальная точность измерений была около 0,1-0,2 db). Но провести их на более серьезной основе сейчас нет возможности. Может быть, в дальнейшем, удасться повторить опыты в лучших условиях и более правильно.
Но, к делу! У нас ведь есть стойка с согласующим устройством на 4 антенны. Вот и попробуем нарастить количество ЕН антенн до четырех, хотя время уже "поджимает" и видимо не удасться выполнить все задуманное.

Сравнение одной и четырех ЕН антенн.
Сначала все четыре ЕН антенны были расположены по одной горизонтальной линии, при расстоянии между антеннами в 65 сантиметров, сами антенны стояли вертикально (см. Рис. 2). При этом уровень сигнала равнялся + 4,9 dB.
Затем все четыре антенны были повернуты горизонтально и "смотрели" в одну сторону. При этом они были расположены также в перпендикулярной плоскости к передатчику. Сигнал при таком расположении антенн был + 8,1 dB.
Такие результаты следовало ожидать, если вернуться к результатам таблицы Табл. 2 и таблицы Табл. 1. Особенно к той части таблицы Табл. 2, где указана величина сигнала при расстоянии между антеннами в 0,5 метра. В данном случае расстояние между антеннами было около 0,65 метра (это отрицательная величина сигнала), но учитывая то, что всего было 4 антенны, то и общее усиление увеличилось до 5 dB. При проведении повторных измерений, в будущем, на это надо обратить внимание и попробовать расположить антенны на расстоянии, с промежутком 2 метра друг от друга (общая длина линейки при этом будет около 6 метров). При этом следует ожидать еще большего увеличения сигнала. Особенно интересно расположить все 4 антенны в одной вертикальной плоскости, но для этого придется сделать новую диэлектрическую стойку.

Уместно заметить, что в начале и в конце проведения измерений были замерены уровни сигнала со стандартного полноразмерного диполя, для контроля - они равнялись +1,8 dB по сравнению с одиночной ЕН антенной, расположенной горизонтально.

На этом измерения пришлось свернуть и собираться в обратный путь в С-Петербург. Здорово, что погода в этот день была прекрасной и не помешала проведению испытаний. Надеюсь, что эти опыты удасться повторить, а может быть и не один раз. Согласитесь, результаты неоднозначные и требуют многократной проверки.
Надеюсь также, что энтузиасты ЕН антенн, повторят проведенные опыты или пойдут еще дальше. Сообщите пожалуйста о полученных результатах по e-mail или в форуме - это будет интересно всем радиолюбителям.

73!
UA1ACO op. Vlad
г. С-Петербург
05.2006г.