|
Вспомнилась народная присказка: "раз пошла такая пьянка - режь последний огурец..". Так и здесь. Раз уж сделал маленьку ЕН антенну для проведения различных экспериментов, можно пробовать на ней все что угодно и проверять идеи, которые пока лежали "не тронутые" до поры до времени. |
Различные опыты с маленькой ЕН антенной на диапазон 40 метров
Кононов Владимир ( UA1ACO )
г. Санкт-Петербург
Рис. 1 Маленькая ЕН антенна на диапазон 40 метров.
Характеристика этой антенны, снятая на векторном анализаторе, представлена на рисунке Рис. 2
Рис. 2 Характеристика ЕН антенна на диапазон 40 метров.
Не прошло и нескольких дней после изготовления антенны, как представилась возможность провести сравнительные испытания этой маленькой ЕН антенны и полноразмерного Диполя на 40-метровый диапазон. Но главное не это, главное то, что удалось измерить ближнее поле от Диполя (отдельно Е и Н) и сравнить его с полем от ЕН антенны. Собственно и здесь ничего нет нового, все давно известно, но хотелось реально одновременно измерить и провести сравнения. А теперь все по порядку.
Для проведения испытаний был изготовлен датчик магнитного поля. Датчик представлял собой прямоугольный ферритовый стержень длиной 110 мм. На стержень намотано 50 витков провода МГТФ 0,12. Стержень с намотанной катушкой помещен в медный, наглухо запаянный экран. Толщина меди 0,5 мм. Ферритовый стержень центрирован в середине медного экрана (расстояние до стенок экрана 5 мм). В торце экрана расположен ВЧ разъем СР-50-74ФВ для подключения к индикатору. Фото датчика и его внутренности показаны на рисунках Рис. 3 и Рис. 4
Рис. 3 и Рис. 4 Датчик Н поля.
Для измерения электрического поля использовался обычный штырь (для Диполя длиной 15 см, для ЕН антенны длиной 2 см). Длины датчиков разные потому, что ближнее поле от ЕН антенны на несколько порядков больше чем от Диполя.
Измерения проводились вне помещения, на расстоянии около 2-3 см. от антенн. Датчики подключались к обычному измерителю поля (он упоминался в статье посвященной настройке ЕН антенн - схема UA3WIP), который использовался как индикатор. Общий вид проведения опыта можно посмотреть на рисунках Рис. 5 и Рис. 6
Рис. 5 и Рис. 6 Антенна Диполь и антенна ЕН при проведении измерений устанавливались поочереди.
На рисунках Рис. 7 и Рис. 8 показаны моменты измерений Е и Н поля у Диполя.
Рис. 7 и Рис. 8 Измерение Е и Н полей у Диполя .
Рис. 9 Измерение Н поля у ЕН антенны .
Необходимо заметить, что все проведенные измерения носили не инструментальный, а оценочный характер. Тем не менее общая картина распределения полей в антеннах ясна, что также подтверждается общеизвестным распределением полей от Диполя. Результаты измерений представлены на рисунках Рис. 10 и Рис. 11
Рис. 10 Е и Н поля Диполя.
Рис. 11 Е и Н поля ЕН антенны.
Опыт был проведен два раза в разных условиях и результаты практически совпали. Я думаю, что разница в распределении полей у Диполя и у ЕН антенны очевидна. Результаты опытов также почти полностью совпали с результатами опытов Теда Харта, но Тед использовал более совершенную и современную аппаратуру с передачей информации от датчиков через оптоволокно, что конечно значительно лучше (меньше влияние датчиков на антенну), да и датчики были иными.
Уже после написания статьи, стали приходить письма с просьбой сделать рисунки с полями от антенн более наглядными, чтобы можно было увидеть разницу в конфигурации полей. Я перепробовал много вариантов, но ничего не получалось, так как разница в размерах Диполя и ЕН антенны настолько велика, что поля от ЕН антенны сливались в одну линию. Тем не менее, что получилось - то получилось. На рисунке Рис. 12 представлены в одинаковом масштабе Диполь и ЕН антенна и их поля.
Рис. 12 Е и Н поля от Диполя и ЕН антенны (ближняя зона).
Какой можно сделать вывод:
1. Поля от ЕН антенны и Диполя имеют совершенно разную конфигурацию. Как и было описано в других статьях, поле от Диполя "размазано" по всей длине Диполя, поэтому на одинаковом расстоянии от антенн, поле у Диполя значительно меньше чем сконцентрированное поле ЕН антенны.
2. У ЕН антенны четко индицируется магнитная компонента поля, в то время как у Диполя она отмечается на уровне погрешности нуля прибора.
3. Е и Н поля Диполя находятся в противофазе, т.е. максимум Е поля совпадает с минимумом Н поля. В ЕН антенне Е и Н поля практически совпадают (на графиках отмечается незначительное расхождение).
Естественно, что дальнейшие эксперименты с ЕН антеннами и понимание "физики" таких антенн, несомненно приведут к усовершенствованию их конструкции и улучшению параметров в будущем, по крайней мере хочется на это надеяться.
Понятно, что после проведенеия испытаний я не удержался и провел несколько связей на ЕН антенну (1,5 метра от земли) на диапазоне 7 МГц. Cреди корреспондентов были: UA3AAG; UA3DFK; RW3GY и т.д., все связи SSB. При проведении связей я переключался с ЕН антенны на Диполь и обратно. Корреспонденты оценивали силу сигнала с Диполя и ЕН антенны примерно одинаково. И дело не в том, что оценка сигнала была, в целом, не высокой и с Диполя и с ЕН антенны, главное, что они были одинаковые. А апертуры-то у антенн разные...
Рис. 13 Во время проведения связей.
Конечно, такую ЕН антенну повторять не надо... она служила образцом лишь при испытаниях. Лучше сделать более хорошую антенну на 7 МГц, описанную в другой статье, и с более пологим углом излучения. Но главное, что делать ЕН антенны на полиэтиленовых черных трубах можно.
Пользуясь случаем, хочу поблагодарить всех радиолюбителей, приславших письма по ЕН антеннам. Надеюсь, что работа с ЕН антеннами, особенно у тех, кто довел ее до конца, позволит по новому взглянуть на работу антенн в принципе. Спасибо всем, приславшим письма. Успехов всем!
73!
UA1ACO op. Vlad
г. С-Петербург
04.2007г.
UA1ACO op. Vlad
г. С-Петербург
04.2007г.
Продолжение "издевательств" над ЕН антенной.
Меня долго мучил вопрос, а оптимальна ли форма цилиндров и вообще почему использовались цилиндры (хотя были попытки использовать биконусы и т.д.)? Можно ли вместо медной фольги использовать что-то другое. Кстати, были попытки использовать стальную сетку, в одной из прошлогодних статей это вопрос уже затрагивался.
Поскольку передо мной была готовая конструкция антенны, которую я не собирался использовать для связи, а сделал специально для проведения экспериментов, то я решил продолжить и дальше "издеваться" над этой конструкцией.
Для начала я отпаял катушку от цилиндров (но не стал ее снимать с трубы, чтобы не наматывать затем снова) и изготовил вторую катушку на отдельной маленькой (по длине) полипропиленовой трубе также диаметром 110 мм, с таким же количеством витков. Эту, вновь изготовленную катушку я включил вместо старой, но... расположил ее перпендикулярно цилиндрам, как показано на рисунке Рис. 14 Далее настроил антенну как обычно и измерил уровни напряженности полей.
Рис. 14 Катушка (нижняя) расположена перпендикулярно цилиндрам.
(катушка под целинрами отключена).
Если теперь сравнить рисунок Рис. 14 с рисунком Рис. 11, то можно заметить, что "ход" кривых уровней полей остался, в целом, таким же, но появились очень большие неравномерности и провалы в этих уровнял. На мой взгляд, это обусловлено несколько увеличившимися длинами проводников от цилиндров к катушке, а также чисто конструктивными особенностями. Соединительные провода стали не такими прямыми (вспомните рекомендации, если вы делали ЕН антенны, что центральный проводник должен идти строго по центру, а от нижнего цилиндра у края трубы) и требования по строго центральному распорложению внутреннего проводника не выполнялись, да и сбоку трубы (от нижнего цилиндра) проводник шел не параллельно боковой стенке трубы. Конечно свою "лепту" внесла и не используемая катушка ниже цилиндров.
В свое время много было дискуссий на тему, участвует катушка в излучении антенны или нет. Даже рисовались поля от цилиндров и катушки, которые, перекрещиваясь создавали радиоволну и т.д. Теперь становится более очивидным, что катушка предназначена лишь для компенсации реактивности емкости между цилиндрами, но коль скоро она физически существует, то она не может не излучать Н поле, например, а паразитная емкость катушки, естественно создает Е поле. Собственно это можно увидеть на рисунке Рис. 11, где совершенно очевидно можно наблюдать (естественно в меньшей мере) излучение создаваемое катушкой настройки. Причем все как и должно быть: Н поле создаваемое самой катушкой превышает величину Е поля.
Ну что же, попробуем пойти дальше и отнесем катушку настройки от цилиндров на 1 метр !!! Конечно, длинные соединительные провода и т.д. Но хотя бы ориентировочно можно будет увидеть результат. На рисунке Рис. 15 этот вариант и изображен.
Рис. 15 Катушка расположена ниже цилиндров на 1 метр.
Конструкция была переделана, настроена и измерены величины полей от такого "монстра".
Явно, что антенна стала работать несколько иначе, это и понятно, появилось много паразитных емкостей, индуктивностей и т.д. Как и следовало ожидать, излучение от цилиндров Е и Н полей осталось (кстати, обратите внимание на уровни полей и сравните их по величине с Рис. 11). Излучение от катушки настройки тоже, но... появилось новое излучение от соединительной линии между катушкой настройки и цилиндрами! И пусть оно не такое значительное как от цилиндров или даже от катушки настройки, но, оно есть.
Какие же можно сделать выводы?
- Конструктивно ЕН антенна должна быть выполнена с минимальными паразитными емкостями, индуктивностями и т.д.
- Катушка настройки также излучает Е и Н поля, но они, по всей видимости, являются не основными.
- Если исключить паразитное излучение от катушки, соединительной линии и т.д., то эффективность антенны улучшиться.
Пойдем дальше. Восстановим антенну в первоначальном виде, как можно увидеть на фото Рис. 1
И теперь, берем в руки ножницы, вернее сказать - паяльник, и разрезаем цилиндры вдоль!
Мы все привыкли видеть ЕН антенны в виде цилиндров, ну может быть еще в виде биконуса. А если разрезать цилиндры вдоль и может быть развернуть их в сплошной лист? Что будет? Попробуем!
На рисунке Рис. 16 можно увидеть эти разрезанные (распаянные) цилиндры.
Рис. 16 Цилиндры ЕН антенны разрезаны (распаяны) вдоль.
Харатеристика полей такой разрезанной антенны представлена на рисунке Рис. 17 характеристика КСВ на рисунке Рис. 18
Рис. 17 Характеристика полей от ЕН антенны с разрезанными цилиндрами.
Рис. 18 КСВ ЕН антенны с разрезанными цилиндрами.
Конечно, я не удержался и провел несколько десятков QSO на такой разрезанной антенне с первого этажа. Общее впечатление - ничего не изменилось.
Собственно все укладывается в теорию, из которой явствует, что важна емкость между "цилиндрами", а вот определиться с формой цилиндров, я думаю это дело будущего. По крайней мере последняя плоская антенна Теда на 145 МГц это подтверждает.
Конечно, все что вы видели выше, это всего лишь общие "прикидки", а не инструментальные измерения. Я думаю что они заставят задуматься о принципах работы ЕН антенн и сподвигнут радиолюбителей на новые эксперименты.
Пользуясь случаем я еще раз хочу выразить огромную благодарность тем радиолюбителям из Сибири, Дальнего востока, Урала, Подмосковья, Украины, Белоруссии и т.д. которые присылают письма с различными предложениями по ЕН антеннам. Спасибо и тем, кто не испугался ЕН антенн, повторил их и получил хорошие результаты. Удачи вам и успехов!
73! Владимир UA1ACO
05.2007г.
05.2007г.