МИР ЕН-Антенн


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

Из-за облаков - под воду.
В интернете, уже довольно продолжительное время, обсуждается тема работы ЕН антенны под водой. Самые разные высказывались предположения. А как обстоит дело на самом деле? К сожалению, не удалось найти ни одной статьи, в которой были бы описаны подобные опыты.

ЕН АНТЕННА ПОД ВОДОЙ

Кононов Владимир ( UA1ACO )
г. Санкт-Петербург

Примерно около года я ждал возможность попробовать как ведут себя ЕН антенны под водой. Кстати, а Вы знаете как работают обычные антенны под водой? Сейчас этот вопрос очень активно исследуется, в связи с развитием геолокации. Естественно я не касаюсь вопросов связи с другими морским подводными объектами, их в открытой печати естественно нет. Конечно для радиолюбителей эта проблема не очень актуальна, но в связи с желанием понять как работает ЕН антенна и было решено провести такие опыты. Так, по крупицам, и набирается статистика о работе ЕН антенн. Причем любой результат, будь он положительный или отрицательный, ложится в "копилку" понимания ее работы.

В один из дней августа, предоставилась возможность провести такие опыты. Каждый раз, основной проблемой становится транспорт, а здесь появилась еще и проблема плавсредства, так как необходимо найти достаточно глубокое место и иметь при этом способ "доплыть" до этого глубокого места. Но, на этот раз, все сложилось очень удачно, и транспорт был и большая надувная резиновая лодка "Mariner" (кстати очень удачно, что не металлическая - ни одной металлической детали !). Проехав более 100 километров на машине, мы добрались до озера "Копанское", далеко на запад от Петербурга.

Рис. 1
Озеро "Копанское"

Было уже около 7 вечера, довольно пасмурно, того и гляди пойдет дождь. К сожалению "белые ночи" закончились и смеркалось быстро, поэтому все пришлось делать в ускоренном темпе.

Для опыта использовалась в качестве передатчика переносная станция, с установленной выходной мощностью 0,3 ватта и частотой 145,5 МГц. К станции пристыковывалась ЕН антенна (без кабеля). Станция с ЕН антенной помещались в водонепроницаемый пластмассовый тубус диаметром около 110 мм, закрывалась герметично крышкой из толстой резины и с помощью капронового фала опускалась под воду с борта резиновой лодки. На борту лодки был установлен супергетеродинный приемник, с двойным преобразованием частоты и чувствительностью около 1 мкв, упоминавшийся в предыдущих статьях. Частоты гетеродинов в приемнике стабилизированы кварцами. В приемнике АРУ (и ограничение) отключалось. К выходу приемника был подключен цифровой измеритель "M890G" с 3,5 разрядным индикатором. Динамическая характеристика приемника (до выхода) линейна на протяжении 90 dB. Уровень сигнала в передатчике выбирался так, чтобы во время всех испытаний, уровни сигнала в приемнике, были в середине динамической характеристики. На вход приемника была подключена также ЕН антенна на 145,5 МГц без кабеля . Кроме того, дополнительно в лодке, сигнал принимался на контрольный переносный трансивер "Kenwood TH-F7E" на стандартную "резинку". Такой же переносный трансивер был и на берегу.

Рис. 2
Приемник, с измерителем уровня, в лодке (пока без ЕН антенны).

И так, лодка накачана, аппаратура подготовлена и загружена в лодку. Дружно зашли в воду (у берега очень мелко) и... поплыли, постоянно измеряя глубину якорем. Смеркалось быстро (hi). Наконец, на расстоянии нескольких сотен метров от берега, глубина, на наш взгляд, достигла желаемой - 9 метров (длина одного из заготовленных фалов).
Пристыковываем антенны к приемнику и передатчику, колибруем уровни и... опускаем тубус под воду. Постоянно замеряя глубину погружения тубуса, делаем отсчеты на индикаторе. То же самое повторяем, когда к носимой станции в тубусе, подключена штатная "резинка". Результаты замеров сведены в таблицу и представлены на рисунке Рис. 3.

Рис. 3
Уровни сигналов в приемнике, в зависимости от глубины погружения передатчика с антенной.

Из приведенных графиков видно, что на начальном этапе погружения (до 1 метра), сигнал затухает очень быстро (более 20 dB). Далее затухание сигнала стабилизируется. Причем затухание у ЕН антенны меняется незначительно, а у "резинки" на глубине около 9 метров возрастает и сравнивается с затуханием ЕН антенны. Не хватило глубины, ну что же, в следующий раз придется найти более глубокое место. Интересно, как поведут себя антенны на еще большей глубине? Определенные предположения у меня уже есть, но это только предположения основанные на личном опыте.

Лодка находилась в нескольких сотнях метров от берега. На берегу была расположена также "контрольная точка" с переносной станцией Kenwood, включенной на прием. При надводном положении тубуса, приемник на берегу уверенно принимал сигнал на S=9+ баллов по шкале приемника. Стоило погрузить тубус (передатчик с антенной) на глубину 40-50 сантиметров, как сигнал в приемнике, на берегу, пропадал. Какзалось бы все просто, среда (вода) поглощает эл/магнитные волны, но почему так неравномерно? Откуда этот скачок затухания на первом метре?
Все просто объясняется, если учесть, что высота переносной станции вместе с антенной, составляет около 40 сантиметров и как только вода "накрывает" антенну - она резко расстраивается (кто читал предыдущие статьи или сам пробовал делать ЕН антенну, знает, как сильно влияют близкорасположенные предметы на настройку антенны), а здесь вода в нескольких сантиметрах от антенны. Вывод: ЕН антенну надо специально настраивать для работы под водой или размещать в радиопрозрачном тубусе с расстоянием от антенны до стенки тубуса в 3-4 длины антенны. Кстати и обычная штатная "резинка" также расстраивается, но в меньшей степени (поэтому на графике уровень сигнала от "резинки" больше), благодаря своей геометрии. На мой взгляд, наличие "провала" в уровне сигнала на первом метре этим и объясняется.

Что же, проведем другой опыт, но уже в домашних условиях, чтобы выяснить правильность предположений. Опустим ЕН антенну, с подключенным антенным анализатором в ванну (тоже в защитном тубусе) и посмотрим как меняются ее характеристики (на озере этого сделать было нельзя, не было анализатора антенн).

Для начала измерим характеристики антенны на воздухе, без тубуса, они приведны на рисунке Рис. 4 и Рис. 5

Рис. 4 Рис. 5
Характеристики ЕН антенны на 145,5 МГц на воздухе, без тубуса.

Мы имеем КСВ=1,5 на частоте 145,060 МГц. Далее помещаем антенну в тубус и опускаем под воду на глубину около 10 см. Характеристики антенны начинают резко меняться (особенно резонансная частота), можно сказать прямо на глазах! см. рисунок Рис. 6 и Рис. 7

Рис. 6 Рис. 7
Характеристики ЕН антенны на 145,5 МГц в тубусе под водой, на глубине 10 см.

Минимальный КСВ стал 1,62 на частоте 141,920 МГц. Продолжаем опускать антенну вниз, глубже, пока тубус не коснется дна ванны. Минимум КСВ=4,2 теперь получился на частоте 132,500 МГц. (рисунок Рис. 6 и Рис. 8)

Рис. 8
Характеристики ЕН антенны на глубине 30 - 40 см. см.

Как видим при погружении антенны на глубину около 30-40 см. происходит резкое смещение ее резонансной частоты более чем на 12 МГц (!) и увеличение КСВ (мы же ее не подстраивали) до 4,2. Такая же картина наблюдалась и при погружении ЕН антенны в озеро. Этим и объясняется резкое затухание сигнала при погружении, хотя на самом деле это не затухание, а просто расстройка антенны из-за резкого изменения ее параметров (КСВ и резонансной частоты). Затухание же вносимое водой, мы можем приблизительно оценить проанализировав график на рисунке Рис. 3 в диапазоне глубин от 1 метра и до 9 метров (хорошо было бы еще глубже, но это в следующий раз). Сейчас когда пишу эти строки, пришла мысль: а что если добавить в воду в ванне "морскую соль"? Конечно морской водой здесь и не пахнет, но все же. Надо попробовать в следующий раз. Естественно в озеро соль не добавишь, а до соленого моря на машине за два часа не доедешь..., а жаль!
Кстати, маленькое добавление по ходу: в пустой ванне, без воды, такого ухода параметров антенны, естественно, даже близко не было.

А тем временем на озере пришлось опыты закончить, становилось уже совершенно темно и стало трудно различать цифры на индикаторе уровня - пора и к берегу. Лодку пришлось складывать уже при свете фар автомобиля (в лесу уличного освещения нет).

Рис. 9
Подготовка к отъезду проходит при свете фар в полной темноте.

И как всегда, в заключение, выражаю огромную благодарность нашему "капитану" и за рулем и на воде - Сергею (фото слева), за безупречную поездку. Только на следующий день представляешь, что значит проехать более 150 км в кромешной тьме по незнакомому лесу и шоссе в два часа ночи! Спасибо.
Особая благодарность нашему "лоцману" Георгию (фото справа), за организацию поездки, а также за то, что мы доехали до места и вернулись, и таким образом провели задуманные опыты.

73!
UA1ACO op. Vlad
г. С-Петербург
08.2006г.