О сколько нам открытий чудных
Готовят просвещенья дух
И Опыт, сын ошибок трудных,
И Гений, парадоксов друг,
И Случай, бог изобретатель.
1829 г. А.С. Пушкин
Золотые слова сказал Александр Сергеевич, действительно "... И Опыт, сын ошибок трудных..."
В преамбуле к статье хочу сказать, что статья будет большая. Я не веду никаких блоков, стримов и т.д., банально, просто нет времени. Кто нтересуется ЕН антеннами всегда могут посмотреть новости сайта. Хочу выразить большую признательность читателям
за их доброжелательные письма и всегда готов оказат помощь в постройке и настроке ЕН антенн, описанных на сайте.
И еще - ЕН антенны на заказ я не делаю, нет времени, а в письмах приходит много таких просьб.
Предыдущие работы и измерения с одноцилиндровыми ЕН антеннами были описаны на этом сайте в статьях
Неординарная 160м антенна и
Основные измерения одноцилиндровой ЕН антенны конструкции UA3FH .
Прошел почти год, появилось немного времени для дальнейших экспериментов.
Приходили письма от UA3FH с дальнейшими положительными экспериментами с одноцилиндровыми антеннами на разные диапазоны.
Было изготовлено несколько макетов одноцилиндровых антенн на диапазон 28 МГц, на которых, собственно, и отрабатывались
полученные теоретические расчеты.
Некоторые из эти макетов можно увидеть на рисунке Рис.1.
Рис.1 Некоторые макеты одноцилиндровых ЕН антенн на диапазон 28 МГц.
Как видно из рисунка, особое внимание уделялось геометрии антенн, диаметру цилиндров, диаметру катушек настройки, а также соотношению
этих диаметров. К сожалению у меня нет программы электродинамического моделировщика, иначе работа намного бы облегчилась, а так пришлось
все делать путем моделироания на макетах и измерения характеристик (в том числе и в эфире) на этих макетах.
Также очень важно, и я об этом говорил в разных сатьях и в видеороликах на YouTube и RuTube, но полезно всё это повторить: предваритеьно
до постройки ЕН антенн, рассчитать собственный резонанс катушки настройки с помощью программы "Coil32", чтобы резонансная частота полученного,
таким образом контура, не совпадала c резонансной частотой самой антенны. пример не правильного расчета катушки настройки приведен на рисунке Рис.2.
Рис.2 Пример не правильного расчета катушки настройки, т.е. её геометрии.
После расчета в программе, сама программа выдает результат с частотой собственного резонанса катушки, пример на рисунке Рис.3.
Рис.3 Программа показывает частоту собственного резонанса катушки настройки.
Почему это так важно? Потому, что полученный резонанс параллельного контура в катушке, ухудшает эффективность самой антенны.
Не буду сейчас терять время и теоретизировать - но это факт практический.
И так, с геметрией определились, а также с размерами (диаметром) катушки. По результатам проведенных работ был изготовлен уже
"цивильный" вариант одноцилиндровой ЕН антенны, он показан на рисунках Рис.4, Рис.5 и Рис.6.
Допустим антенну сделали. А получилась ли антенна? Может быть, как говорят некоторые "гуру", излучает кабель? Именно для этой цели,
кабель идущий от антенны до трансивера (была случайная длина отрезка кабеля в 8,5 метра) был "увешан" ферритовыми "защелками",
их число составило 6 штук! (на фото видна одна из "защелок"). Здесь одно только правило: защелку можно ставить на расстоянии
не ближе 2-3 размеров от самой антенны - не путать с длиной волны (рядом с антенной силное поле и при значительной мощности,
защелка может просто перегреться и лопнуть). А насчет излучения кабеля, еще поговорим дальше в статье.
Всё, антенну повесили под стропилами... давайте проводить измерения уровней сигнала. Да... не привел АЧХ антенны, он на рисунке Рис.7.
Рис.7 АЧХ одноцилиндровой ЕН антенны на 28 МГц (настройка на CW и FT-8 участки).
Как видите, КСВ равен "1,04", а полоса пропускаия по КСВ=2 равна 832 КГц.
Попробуем измерить уровни сигнала от подвешенной под стропилами ЕН одноцилиндровой антенны с помощью SDR приемников, установленных
на расстоянии 640 метров (64 длины волны), а также в разных странах и в России. Естественно, что на расстоянии 64 длины волны -
это поверхностная волна, а на других приемниках - отражение от ионосферы с замираниями сигнала. Дальше полученные результаты.
Рис.8 Уровни сигнала от трех антенн
расстояние 64 длины волны (диполь G5RV, двухцилиндровая ЕН и одноцииндровая ЕН).
Здесь уместно заметить, что диполь G5RV (Inverted V) подвешен на высоте всего 6 метров и диаграмма направленности у него направлена
перпендикулярно земле (АЗИ), да и поглощение землей значительно, поэтому уровни сигнала от диполя значительно меньше, это также
бует видно на уровнях сигнала, на других SDR приемниках.
Измерим уровни сигнала от этих антенн на расстоянии в 3500 км. на SDR приемнике в Новосибирске (Рис.9), благо прохождение позволяет.
На приемной стороне использована антенна Inverted V.
Рис.9 Уровни сигнала в Новосибирске, вертикальные метки времени - 10 сек.
Как видим, одноцилиндровая ЕН антенна выигрыват даже у двухцилиндровой ЕН антенны. Кстати о том, что ЕН "не работает"! Даже если
учесть, что используемый G5RV диполь работает не лучшим образом (а он длиной 30 метров!) пусть ЕН даже сравнимы с ним.
Какая задача в эфире? Обеспечить хороший уровень сигнала в точке приема - что и достигнуто практически. Можно много "сказок"
рассказывать что ЕН антенна - это НЕ-антенна, но факты - упрямая вещь... правда иногда некоторые "упрямее" фактов. На самом
деле всё очень просто: надо сделать ЕН антенну, правильно её настроить и провести измерения, "инструментов" сейчас много:
это и SDR приемники, WSPR, FT-8 (там встроена функция измерения уровня сигнала) и много других, о чем и на страницах этого
сайта есть статьи.
Измерения измерениями, а как дела обстоят в эфире?
Хорошо, что работы по одноцилиндровой антенне были закончены до начала "Авроры" (как потом выяснилось). Я любитель телеграфа (CW),
поэтому включаю трансивер, слушаю и работаю в эфире:
I1WXY; RA6UD; RW0AB; UD8A; F5IN; G0GKH; RD8D; RA9LL; PF88ANT; GJ0KYZ; LZ145GO; RZ9YI; SV1YR/3/qrp; IS0HQJ; 5B4AMX; EA1EYL; 9N7AA
и т.д. Все QSO - CW. Собственно обычные связи, за исключением, может быть Непала 9N7AA. Долго в эфире не сидел.
Также в моде FT-8: EG5WRD; TC100TR; JA4DND; R9OK; JF3AOP; F6JON; EA4EQ; UA4HJ и т.д. Есть QSO и SSB,
хотя я не любитель этого вида связи.
А что же представляет собой одноцилиндровая ЕН антенна на 28 МГц в "железе"?
Антенна выполнена на полипропиленовой трубе диаметром 32мм.
Цилиндр - медная фольга толщиной 0,1-0,3мм (можно и другой толщины - не имеет значения). Высота цилиндра 40мм.
Катушка настройки: 20 витков провода ПЭЛ 0,5 мм, первые несколько витков и последние намотаны с шагом (см. Рис.4). Отвод от 4-го снизу витка
(подбирается при настройке, как и во всех ЕН антеннах).
Расстояние между катушкой и цилиндром - 10-15 мм.
Что можно сказать в заключение: антенна работает и имеет длину всего 100мм ! Хотя конечно я слышу возражения: "А... 10-ка... так там и
без антенны работать можно...". Наверное можно, только все почему-то антенны используют. Я в 1967 году использовал на 28 МГц штыревую
танковую антенну на крыше. Из-за того, что ее отпилить под размер не удалось (крепкая), пришлсь электрически укоротить конденсаором,
но зато работала прекрасно, при мощности в 10 ватт (Г-807) и амплитуднй модуляции (АМ) отвечал весь Земой шар - вот это было прохождение!
Сделал я антенну на 28 МГц и задумался... а не повторить ли эту антенну на диапазон 7 МГц, с учетом накопленного опыта?
Подумал... подумал... и сделал! Сделал с прицелом на то, что с 1 мая будут активны станции марафона "Победа 78" и можно будет испытать
антенну, когда в эфире будет много станций, да и PileUp`ы на станциях будут.
Сделал и вот что получилось....
Одноцилиндровая ЕН антенна на диапазон 7 МГц.
Внешний вид антенны показан на рисунке Рис.10.
Рис.10 Одноцилиндровая ЕН антенна на диапазон 7 МГц, общая длинна 200мм (можно сделать меньше).
Антенна выполнена на полипропиленовой трубе диаметром 50мм.
Цилиндр - медная фольга толщиной 0,1-0,3мм (можно и другой толщины - не имеет значения). Высота цилиндра 60мм.
Катушка настройки: 46 витков провода ПЭЛ 0,5мм, первые несколько витков и последние намотаны с шагом (см. Рис.4). Отвод от 3-го снизу витка
(подбирается при настройке, как и во всех ЕН антеннах).
Расстояние между катушкой и цилиндром ~ 70мм.
Сразу замечу, пока не забыл: меняя расстояние между цилиндром и катушкой, можно подстраивать центральную частоту настройки антенны.
Но есть небольшой нюанс... увеличивая это расстояние - частота уменьшается, а уменьшая расстояние - частота увеличивается.
Делать расстояние маленьким, меньше чем 20-30мм не нужно, иначе антенна будет работать плохо.
Хорошо, антенну мы сделали. Настройка происходит также как и с антенной на 28 МГц, да и вообще как во всех ЕН антеннах, об этом
много написано, в том числе и на страницах этого сайта. Естественно, для настройки необходимо иметь какой-то анализатор антенн,
иначе настройка превратится в мучение и можно отбить охоту делать ЕН антенны на всю радиолюбительскую жизнь :-).
Здесь однозначно надо понимать, что ЕН антенны - это емкостные антенны и любое изменение внешних (не говоря уже о внутренних) емкостей
влияет на настройку центральной частоты антенны, а следовательно и на КСВ. Кто делал уже ЕН антенны, знает, что когда подносишь руку
к элеменам антенны, её параметры резко уходят.
Как-то на одном из радиолюбительских слётов я взял с собой емкостную ЕН антенну на 14 МГц и работал из палатки в эфире, а потом
установил её на палку около 1-1,5 высотой и подключил к анализатору. Естественно, после установки на палку, подстроил антенну.
Кругом собрались радиолюбители, на ноутбуке высвечивалась прекрасная характеристика АЧХ антенны. К антенне подошел один известный,
в радиолюбительских кругах, радиолюбитель и взялся рукой за кабель (кабель был длиной около 1 метра)... естественно все параметры
антенны ушли (антенна емкостная и внесенная емкость её расстроила). Вывод был один - излучает кабель! Конечно без улыбки, даже
с уважением к этому радиолюбителю, слушать это было странно.
Но мы отвлеклись от темы.
Антенна сделана, настроена, теперь перейдем к измерению параметров. Ниже, на рисунке Рис.11, приведена АЧХ одноцилиндровой антенны на
диапазон 7 МГц.
Рис.11 АЧХ одноцилиндровой ЕН антенны на диапазон 7 МГц..
К слову сказать, на характеристике виден более пологий подъем в правой, более высокочастотной области. О чем это говорит? Вспомним,
что было сказано о паразитном резонансе самой катушки настройки.
Что же, "и на старуху бывает проруха" - не сделал я предварительный расчет атушки настройки в программе "Coil32", вот и результат!
Поторопился, а антенна уже изготовлена. Смирюсь с некоторой потерей эффективости, потом может быть переделаю.
И так, измерения.
Попробуем опять сравнить три антенны, благо, что у меня сохранилась двухцилиндровая ЕН антенна, которая верой и правдой служила мне
долгие годы, когда я еще жил на аэродроме. Три антенны: Диполь G5RV, двухцилиндровя ЕН и одноцилиндровая новая ЕН.
Опять включаем SDR приемник, установленный на расстоянии в 640 метров. Трасса измерений проходит через всю деревню, см. Рис.12
Рис.12 Карта с расстоянием до ближайшего SDR приемника - проходит через всю деревню.
Антенну устанавливаем под стропилами деревянного дома, подсоединяем к тому же кабелю длиной ~8,5 метров, см. Рис.13 и Рис.14
Рис.13 Размер антенны. Рис.14. Под стропилами.
Немного подстраиваем одноцилиндровую ЕН антенну на частоту 7,122 МГц.
Включаем передатчик с мощностью около 10 ватт и замеряем уровни на SDR приемнике, поочередно переключая антенны. Результаты на рисунке
Рис.15.
Рис.15 Уровни сигнала от трех антенн
расстояние 16 длин волн (диполь G5RV, двухцилиндровая ЕН и одноцииндровая ЕН).
Теперь измерим уровни сигналов от этих же антенн в реальном эфире, на SDR приемниках, удаленных за многие сотни километров, в
Финляндии, Швеции и Польше.
Рис.16 Уровни сигналов в Финляндии. Метки времени 30 сек.
Рис.17 Уровни сигналов в Швеции. Метки времени 30 сек.
Рис.18 Уровни сигналов в Польше. Метки времени 30 сек.
Как видим, с учетом замираний, уровни сигналов от всех трех антенн можно считать одинаковыми, что и подтверждает предыдущие измерения.
Конечно антенна маленькая и когда к ней подводится мощность от трансивера 60-80 ватт, на антенне что-то рассеивается и првращается в тепло.
Можно измерить и температуру нагрева антенны, после 20-минутной подачи мощности в 80 ватт. Результат на рисунках Рис.19 (до подачи мощности)
и Рис.20 - после 20-минутной подачи мощности 80 ватт.
Рис.19 до подачи мощности. Рис.20 после 20 минут, мощность 80 ватт.
Как видно из рисунков, за 20 минут подачи мощности, температура антенны (в основном катушки) выросла на ~10С градусов, что конечно мало,
сравните с паяльником на 60-80 ватт. Значит все же мощность излучается... да и КПД можно подсчитать.
В дальнейшем можно измерить КПД антенны калориметрическим методом, как было описано и в журнале и в одной из статей этого сайта.
Всё, с измерениями заканчиваем, вечер... включаю трансивер, зову одну станцию - отвечает, зову вторую... тоже отвечает. Не забываю, что
моя одноцилиндровая антенна длиной всего 200мм, а диапазон 40-метровый, 7 МГц. За вечер провел нескольо QSO: R2DXU/p; RM2D; LA7FJA; OP5K и т.д.
Перехожу на FT-8 с мощностью, как и положено, не более 10 ватт: R5FY; RV3LE; RD5D; UA3MMY; UA4POO; UA9LL и т.д.
Всё - иду спать, завтра попробую поучаствовать в Марафоне. Что покажет антенна? Встал пораньше, тем более, что Марафон "Победа78" уже начался.
09 GMT... в эфире не густо, да и недавняя "Аврора" сказывается, подождем вечера. Вот уже и 14 GMT... диапазон оживился (я же смотрю толькл 7 МГц).
Зову первую станцию... отвечает. Народ "висит" на юбилейных станциях. Стараюсь проталкиваться, отвечают конечно не с первого раза. У меня
мощность 80 ватт, я никогда не выставляю полные 100 ватт. Постепенно набираю обороты: RP78RZ; RP78GV; RP78MB; RP78FA; RP78VTD; RP78MM; RP78ACH;
RP78SIE; RP78A; RP78RA; RP78LDD; RP78PI; RP78WN; RP78WK; RP78L; RP78PW; RP78TF. Беру микрофон и перехожу на SSB: RP78PI; RP78J; D2HC и т.д. ну не
люблю я SSB, что делать :-). Перехожу опять на CW... но диапазон почему-то угас... только отдельные станции. На этом испытание в эфире откладываю
на завтра, может быть эфир будет лучше. Первый вывод можно сделать: антенна длиной 200мм работает на 7 МГц и вполне успешно (сравнивал и с
двухцилиндровой и с G5RV в эфире). Наработал за вечер на 7 МГц около 20 юбилейных станций. Народ жалуется на прохождение.
Наступило завтра... но поработать в эфире на 7 МГц почти не удалось... закружили другие дела, в деревне их всегда много.
Удалось только попутно провести QSO со
станциями Марафона CW на 14 МГц на ЕН антенну двухцилиндровую, диапазона 14 МГц: RP78ML; RP78ZK; RP78SG; RP78SN; RP78KT; RP78SO; RP78X; RP78UAI;
RP78ZS; RP78ZO; RP78SN; RP78KD и т.д. Всё можно в HAMLOG`е посмотреть. Весна, дождь, работ по хозяйству много....
Утро 3 мая было занято, а вот после обеда включил 7 МГц и наконц выполнил условия диплома "Победа78" (с запасом) ТОЛЬКО на диапазоне 7 МГц!
Заранее могу сказать, что за четыре неполных дня выполнены все Дипломы и плакетка Марафона "Победа78" тлько на ЕН антеннах!.
Рис.16 Диплом "Победа78" на диапазоне 7 МГц с 80 ваттами и ЕН антенной длиной в 200мм.
Это результат - как ни говори.
Конечно
могут сказать: а что здесь удивительного, мы в перый день выполнили условия диплома.
Хочу заметить, что я работал на разных радиостанциях профессионально: Р-140 (1 кВт;); Р-160 (5 кВт): Р-100 (25 кВт) и, надо сказать,
с полноразмерными антеннами, поэтому понимаю, что такое мощность и нормальные антенны. Да с "кило", да еще на 20-ке можно и за
день выполнить диплом... даже может быт за час, при отличном прохождении. НО! я работал-то с 80 ваттами и на антенну 200мм, да
еще на 40-ке (7 МГц). И прохождение не ахти - народ же сам говорит. Надо оценить! Кстати... а Марафон еще идет, 5 дней осталось...
В народе говорят: "Раз пошла такая пьянка - режь последний огурец!"
Так и у меня... подумал я, подумал, и решил сделать одноцииндровую антенну на диапазон 430 МГц. Сказано - сделано!
Но это уже отдельная история, чтобы не перегружать эту статью - подготовлю новую по одноцилиндровой ЕН антенне на 430 МГц.
Желаю удачи и приятных связей в эфире!
П Р О Д О Л Ж Е Н И Е - 7 МГц
Пожелал я всем удачи и закончил статью. Прошло несколько дней. Погода солнечная, температура +18С. Думаю... а ни поставить ли мне эту
антенну на 7 МГц из под стропил, на огород? Подумал... подумал и поставил. Правда далеко от дома отнести не удалось, так как кабель был
длиной всего 9,5 метра, см. Рис.17
Рис.17 Длина кабеля 9,5 метра и резонанс антенны (виден на фазовой характеристике).
Антенну, после переноса, я установил на палке высотой около 2-х метров Рис.18, пришлось совсем немного подстроить и по частоте и по КСВ до 1,5.
Конечно, антенный анализатор (miniVNA) дома, на втором этаже, а антенна на огороде - пришлось побегать с больной ногой туда и обратно
несколько раз. В таких случаях, раньше, я использовал витую пару и два ноутбука (связь по сети), но сейчас всё это искать было лень,
тем более, что всё это делалось временно.
Рис.18 Одноцилиндровая антенна на 7 МГц, на огороде.
Что же, приступим к измерениям, заранее измерив уровень сигнала на удаленном приемнике, когда антенна стояла под стропилами. Результаты ниже.
Рис.19 и Рис.20 Уровни сигнала под стропилами и в поле.
Разница около 1 dB! С учетом того, что под стропилами и КСВ был лучше.
Как говорил мой приятель: "Вот такие пироги..."
P.S.
Если с двухцилиндровой антенной, за эти годы, всё понятно, то с одноцилиндровой возникает много вопросов, на которые еще предстоит дать ответ.
Если антенну просто представить как вертикал с емкостной нагрузкой сверху? Но это не выдерживает критики, учитывая размеры, менее 200мм.
А я не сомневаюсь, что кто-то уже запустил MMANA или NEC и уже загружает геометрию антенны... и более того, получил результат -20/-30 dBi.
Вот... вот... все это фикция - ваша "НЕ" антенна. А измерения, связи в эфире - все это излучает кабель. А промоделируйте в электродинамическом
моделировщике, не...т, это сложно да и зачем?
И в чем-то это правильно про кабель, как ни странно. Судя по первым испытаниям, и измерениям уровня поля около антенны и рядом с кабелем, мы можем увидеть,
что неоновые лампочки (использовались и ТН-02, и МН-3, и ТН-20, а также приборы: "FY-876" и "Aktakom АТТ-2593") очень ярко горят не только около антенны,
см. Рис.21, но и значительно тусклее на расстоянии 1-2 метра от антенны на кабеле! И далее свечение пропадает.
Рис.21 Неоновая лампа ТН-20 около цилиндра (антенна естественно расстроена внесением емкости в виде лампы).
Так что же, излучает кабель? Попробуем немного (по горячим следам) разобраться.
О чем это говорит?
Представим себе модель одоцилиндровой емкостной антенны, о которой я рассказывал ранее в других статьях, см. Рис.22.
Рис.22 Гипотетическая модель одноцилиндровой емкостной антенны.
Как видим, в двухцилиндровой емкостной антенне токи смещения текут между цилиндрами (а я считаю, что это и не токи, а просто поле Н).
А в одноцилиндровой - между цилиндром и катушкой, выполняющей роль второго цилиндра. Но! и между цилиндром и кабелем.
А почему и нет, второго цилиндра то и нет!
Так что будем думать что и как. Но! Антена-то работает, пусть и с куском кабеля, выполняющем роль второго цилиндра. Как говорил мой хороший друг:
"...в принципе пусть и он излучает (кабель), если от этого лучше. " :-)
Резульат - лучший показатель! А теорию придумаем, математика всё может!
Еще раз желаю удачи и приятных связей в эфире!
73!
UA1ACO op. Vlad
Ленинградская обл. RDA: LO-21
05.2023г.
