МИР ЕН-Антенн


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

Проведенные ранее предварительные опыты по формированию диагараммы направленности ЕН антенны с помощью резонансного проволочного рефлектора, давали неоднозначный результат, да и повторить их времени не было. Решено было построить не резонансный рефлектор в виде зеркала и в фокус поместить ЕН антенну, а также довести до ума опыты с резонансным рефлектором. Что же из этого получилось?

ЕН антенна в фокусе параболоцилиндрического рефлектора
Кононов Владимир ( UA1ACO )
г. Санкт-Петербург

Все время не отступает мысль, как сделать ЕН антенну направленной? Делалось несколько попыток "скрестить" ЕН антенну с резонансным проволочным рефлектором, но результат как-то не обнадеживал... Пробовал фазировать несколько ЕН антенн... (см., например, статью "ИСПЫТАНИЯ СИСТЕМЫ ИЗ 2-х ЕН АНТЕНН" на этом сайте), результат вроде бы и был, но какой-то неоднозначный и к тому же, эти опыты повторить в 2006 году так и не удалось.
Так или иначе, но к этому вопросу все время возвращаюсь опять и опять... Натолкнули на мысль, как реализовать эту задумку, статьи К.П. Харченко по лучистой энергии. Недавно,... "обшаривая" интернет, увидел статью RA3XB "Параболоцилиндрическая - антенна RA3XB" http://www.qrx.narod.ru/anten/ant_ra3xb.htm опубликованную еще в 2003 году. И сразу захотелось повторить такой параболоцилиндрический рефлектор (из-за того, что он прост по конструкции) в "содружестве" с ЕН антенной.
Сказано - сделано. Поехал в магазин, купил пару досок шириной 300 мм и лист фанеры (толщиной 3 мм) 1500 х 1500 мм. Как покупал фанеру - это отдельная "песня", как раз в репертуар Задорнову :)
В статье RA3XB вполне понятно и доступно изложено изготовление такого параболоцилиндрического рефлектора. Отличие параболоцилиндрического рефлектора от "тарелки" заключается в том, что в нем есть не точка фокуса, а фокусная ось, что очень удобно для проведения экспериментов, да и материалы для изготовления вполне доступны. При наличии инструментов для работы по дереву (электролобзик и т.д.) процесс изготовления рефлектора становится не только быстрым, но и увлекательным. Здесь я не буду описывать как изготовить сам рефлектор, а только приведу рисунок Рис. 1 и Рис. 2, кстати, взятые из упомянутой статьи и таблицу Табл. 1 разметки кривизны "параболы".

Рис. 1
Внешний вид
параболоцилиндрического рефлектора.

Рис. 2
Расчет
параболоцилиндрического рефлектора.

Табл. 1 (к рисунку Рис. 2) для разметки "параболы" боковых досок

x мм	2	5	10	20	30	50	100	200	300
y мм	66	105	148	210	257	332	469	663	812

* более подробно о разметке параболоцилиндрического рефлектора можно прочитать в статье RA3XB по ссылке, приведенной в начале статьи.

После изготовления рефлектора, внутреннюю часть его обклеиваем алюминиевой пищевой фольгой и я дополнительно еще пропаял швы обычным припоем, с помощью флюса "Ф-59а", для алюминия (паяет прекрасно).
Готовый параболоцилиндрический рефлектор выглядит так как показано на рисунке Рис. 3 и Рис. 4

Рис. 3
Внешний вид параболоцилиндрического
рефлектора без фольги.

Рис. 4
Внешний вид параболоцилиндрического
рефлектора с фольгой.

И так, все готово. Теперь можно вынести рефлектор и на улицу, подальше от стен и зданий... погода теплая, цветет сирень, каштаны и черемуха одновременно! поют соловьи :)
Вот как выглядит место проведения эксперимента (Рис. 5)

Рис. 5
Место проведения эксперимента.

НО!
Для начала, и пока есть возможность, необходимо более тщательно проделать опыты с обычным резонансным рефлектором (Вы все его хорошо знаете, если делали волновые каналы).
Слева на фото находится Индикатор Поля, он уже не раз упоминался в различных статьях этого сайта (к нему есть градуировочная таблица в децибелах). На расстоянии примерно в 6 метров от него, на штанге установлен передатчик (трансивер "Kenwood TH-F7Е"). Временно убираем параболоцилиндрический рефлектор подальше от места эксперимента и непосредственно к передатчику подключаем стандартный полуволновый Диполь на частоту 145 МГц. Этот Диполь также неоднократно упоминался в статьях сайта и там же есть его фотографии.
Включаем передатчик, засекаем уровень показаний Индикатора Поля. Далее к тыльной стороне Диполя на длинной изолированной рейке (длиной около 2,5 метров) подносим стандартный же резонансный рефлектор (отрезок толстого провода или трубки, длиной 1030 мм, для диапазона 145 МГц). И как описано во всех учебниках, видим, что при расстоянии между Диполем и рефлектором около 1/4 длины волны (около 50 см.) уровень показаний Индикатора Поля увеличивается на ~ 3 dB, а при расстоянии меньше 1/8 длины волны уровень показаний падает. Но это классика и все мы это "проходили".
Далее заменяем Диполь на ЕН антенну . Засекаем уровень от ЕН антенны на Индикаторе Поля (он чуть больше, чем от Диполя) и подносим резонансный рефлектор к ЕН антенне, как мы это проделывали только что с Диполем. Результат тот же самый (примерно + ~ 3 dB), но рефлектор приходится держать уже не горизонтально, а вертикально, сказывается поляризация. Проделываем то же самое с другими ЕН антеннами и получаем тот же самый результат. Таким образом убеждаемся, уже без всяких сомнений, что если к ЕН антенне добавить резонансный рефлектор, то мы получим усиление системы ЕН + Рефлектор ~ 3 dB. А что это значит? А это значит, что усиление не взялось "ниоткуда", а сформировалась диаграмма направленности. Попробуем физически зафиксировать Рефлектор на максимуме усиления, а Индикатором Поля обнесем сисетму со всех сторон с одним и тем же радиусом. Понятно, что тело человека влияет на измерения, но мы и не измеряем инструментально, а только хотим убедится в верности предположений. Да, сигнал сбоку и сзади от системы меньше, чем в первой точке измерения.
И это очень важный вывод! Вот теперь бы и Рефлектор сделать таким же маленьким и эффективным как и ЕН антенна! Но через голову не перепрыгнешь :) это дело будущего.

Но, у нас же есть еще нерезонансный параболоцилиндрический рефлектор, с которым мы хотели провести эксперименты с ЕН антеннами на разные частоты. Не будем откладывать на потом то, что можно сделать сразу и подтвердить или засомневатся опять в возможности работы ЕН антенны с рефлектором. И так, к делу... Достаем рефлектор и устанавливаем его так, как показано на рисунке Рис. 5
В фокус рефлектора (55 сантиметров) ставим на штанге трансивер "Kenwood TH-F7Е" с ЕН антенной, Рис. 6
Расстояние до антенны от рефлектора подбиралось по максимуму сигнала на Индикаторе Поля.

Рис. 6
ЕН антенна в фокусе рефлектора.

На расстоянии 6 метров от передатчика устанавливаем Индикатор Поля. Потом меняем ЕН антенну на стандартную "резинку" от трансивера. Далее повторяем измерения, но уже без рефлектора. Подводим результаты и повторяем их еще раз, но уже с другой ЕН антенной - плоской. И еще раз повторяем, с другой ЕН антенной (в кожухе и с хомутиком настройки). Практически при всех ЕН антеннах результаты одинаковые.
Результаты измерений сведены в таблицу Табл. 2

Таблица Табл. 2

ЕН антенна с рефлектором	ЕН антенна без рефлектора	"Резинка" с рефлектором	"Резинка" без рефлектора
0 dB	-7 dB	-3 dB	-9 dB

Из всего ряда ЕН антенн, несколько особняком стоит плоская коротенькая (размер 5 см. Рис. 7) ЕН антенна, у которой разница в силе сигнала на Индикаторе Поля (с рефлектором и без него) составила до 8,5 dB! (но реальный уровень сигнала на ~ 1 dB меньше чем от остальных ЕН антенн.) см. Рис. 7

Рис. 7
Короткая плоская ЕН антенна (5 см. длиной).

Каков же результат?
Во первых, сразу видим, что сигнал (в любом случае и с рефлектором и без него, от ЕН антенны сильнее, чем от "резинки", но это сейчас не главное, в предыдущих статьях, уже об этом говорилось и более подробно.)
Во вторых, и это сейчас самое главное, уровень сигнала с ЕН антенной и с рефлектором на 7 dB больше, чем без рефлектора. Вот это и есть то, ради чего ставился эксперимент. Возвращаясь к статье RA3XB, подсчитаем каков же должен быть коэффициент направленного действия антенны (G) с рефлектором таких размеров, при длине волны 2 метра (145 MHz).
G = 4*3,14*S/l*l (1), где S – площадь раскрыва антенны, S = d*l; где l – длина волны
Например для диапазона 145 Мгц (длина волны 2,07 метра или 207 см.)
S = 125 * 207 = 25875 кв.см. ; 4*3,14*S = 4 * 3,14 * 25875 = 324990 кв. см.
G = 324990 / 42849 = 7,58
После подсчета получаем G= ~7,6 или иначе ~8,5 dB. Реально же мы получили 7 dB с ЕН антенной и 6 dB с "резинкой"(несколько заниженный реальный результат измерений, исключая короткую плоскую ЕН антенну, я отношу за счет неидеальности кривизны рефлектора, его поверхности и погрешности измерений).
Cамый главный ВЫВОД заключается в том, что можно сформировать диаграмму направленности у ЕН антенны!!! с нерезонансным рефлектором.
Естественно, используя антенны на более высокую частоту (435 МГц, 1296 Мгц и т.д.) можно получить большее усиление, при тех же размерах рефлектора.
Как бы заранее зная результат, все же попробуем установить в фокус параболоцилиндрического рефлектора ЕН антенну на частоту 28,120 Мгц (диапазон 10 метров), см. Рис. 8 и потом на частоту 14,070 Мгц см. Рис. 9

Рис. 8
ЕН антенна на частоту 28,120 Мгц
в фокусе рефлектора.

Рис. 9
ЕН антенна на частоту 14,070 Мгц
в фокусе рефлектора.

Вместо трансивера "Kenwood TH-F7Е" будем использовать QRP трансивер "Yaesu FT-817", с небольшим аккумулятором. Кстати, все измерения проводятся от автономных источников питания.
Подключаем ЕН антенну и смотрим влияние параболоцилиндрического рефлектора на уровень сигнала, регистрируемый Индикатором Поля. Отодвигаем и придвигаем рефлектор, поворачиваем его относительно антенны... отмечаем, что влияние рефлектора мало по сравнению с антенной 2-х метрового диапазона. Так и должно быть, если подставим в формулу (1) длину волны 10 метров... коэффициент направленного действия будет стремится к 2,5 (4 dB). Попробуем установить ЕН антенну на частоту 14 Мгц (диапазон 20 метров), здесь влияние будет еще меньше (G~1,3 и соответственно ~1dB). Практически эту разницу уже не ощутить.
Таким образом, проведя эти опыты, стало ясно, и подтвердилось практически, что ЕН антенну можно сделать направленной, добавляя к ней полноразмерный резонансный рефлектор или нерезонансный параболический. Есть какое-то внутреннее чувство, что эта статья и серия опытов, не последние в экспериментах по изучению направленных свойств ЕН антенн.

73!
UA1ACO op. Vlad
г. С-Петербург
06.2009г.

Влияние резонансного рефлектора на ЕН антенну
(на примере ЕН антенны на 145 МГц)
отдельная статья на этом сайте ( http://ehant.qrz.ru/exp_eh28.htm)
Кононов Владимир ( UA1ACO )
г. Санкт-Петербург

Как я и чувствовал, удалось продолжить серию опытов по влиянию рефлектора на ЕН антенну. Дело это важное и видимо этим опыты не закончатся. Если вспомнить историю, то совершенно очевидно, какое большое значение имели опыты японцев Синтаро Удо и Хидэцугу Яги, в результате которых появились направленные антенны Уда-Яги (в простонародии просто "Яги" или "Волновой канал"), а было это совсем не так и давно - в 1926 году.
К сожалению, провести некоторые измерения удалось только в ближней зоне (не более 15 длин волн), для полной картины, необходимо провести измерения и в дальней зоне (сотни длин волн), как это было описано в статье по измерению полей от ЕН антенны на этом сайте Здесь .

Теперь вернемся к нашим измерениям, которые будем проводить практически с теми же антеннами, что и в вышеупомянутой статье (добавилась лишь биконусная ЕН антенна, извлеченная из загашников :)...
Для испытаний мы имеем:
1. Треногу, с установленным на ней трансивером "Kenwood TH-F7E".
2. Стандартный полноразмерный диполь.
3. Стандартную ЕН антенну с цилиндрами.
4. ЕН антенну (с цилиндрами), изготовленную в 2006 году (можно сказать ветеран измерений :).
5. Биконусную ЕН антенну (тоже старушка 2-х летеней давности).
6. ПЛОСКУЮ ЕН антенну, изготовленную по рекомендациям Теда Харта.
7. Измерительный приемник, без АРУ, с хорошей динамической характеристикой (см. ссылку на статью выше).
8. Измеритель выхода приемника - цифровой 4-х разрядный DT9202A (точность отсчета 0,1 dB).

Все измерения проводились на частоте 145,5 МГц.
Использовались только автономные источники питания.
Антенны подсоединялись к передатчику без кабеля, непосредственно к разъему трансивера.

К сожалению измерения не удалось провести в чистом поле и они проводились на той же поляне, на которой проводились и опыты с параболоцилиндрическим рефлектором. Ближайшие металлические предметы, которые бы могли повлиять на результаты измерений, находились на расстоянии не менее 50 метров. Конечно это не совсем хорошо, поэтому к результатам измерений, надо отнестись с осторожностью и в дальнейшем их перепроверить в поле.
На рисунке Рис. 1 можно увидеть треногу, с утановленным трансивером "Kenwood TH-F7E" с биконусной ЕН антенной.


Рис. 1 Трансивер Kenwood TH-F7E на треноге.	Рис. 2 Измерительный приемник с цифровым индикатором.

А на рисунке Рис. 2 измерительный приемник с цифровым индикатором. Такая "связка" приборов дает возможность проводить измерения на достаточно высоком уровне (точность измерений до 0,1 dB в диапазоне 60 dB), но реализовать эту точность в сложившихся условиях, конечно не удасться.

Техника проведения эксперимента проста:
Устанавливаем измерительный приемник на деревянной штанге в 30 метрах от передатчика и меняя антенны на передатчике, записываем показания индикатора измерительного приемника.
Затем устанавливаем на треноге, на расстоянии примерно 0,25 длины волны от антенны, проволочный рефлектор (вертикально) длиной 1030 мм. из толстого (диаметром 4 мм.) медного провода и повторяем измерения.
Результаты измерений сведены в таблицу Табл.1

Табл. 1

Наименование	Разница по сравнению с Диполем	Прибавка уровня сигнала с рефлектором	Разница прибавки сигнала по сравнению с Диполем
1	2	3	4
Диполь	0 dB	+2,7 dB	0 dB
ЕН Биконусная	+2,7 dB	+2,8 dB	+0,1 dB
ЕН стандартная (сер.)	-0,6 dB	+3,0 dB	+0,3 dB
ЕН стандартная (2006г.)	+3,6 dB	+2,9 dB	+0,2 dB
ЕН плоская (W5QJR)	+4,3 dB	+2,5 dB	-0,2 dB

В первой колонке таблицы перечислены используемые для эксперимента антенны. Во второй колонке, показана разность между уровнями сигнала на измерительном приемнике от разных антенн, при этом уровень сигнала от Диполя принят за "0". В третьей колонке указан прирост уровня сигнала на измерительном приемнике, когда с антеннами был использован рефлектор (на расстоянии 0,25 длины волны от антенн). И, наконец, в четвертой колонке указана разность уровеней сигнала на измерительном приемнике, при использовании рефлектора, при этом уровень от Диполя принят за "0".

И что же мы видим?
Посмотрим на вторую колонку. Большая часть ЕН антенн показывает больший уровень сигнала по сравнению с Диполем (за исключением одной ЕН антенны, но я, честно, грешу, что она расстроилась, сбился хомутик, так как упала на землю при установке, а проверить ее настройку после падения, не догадался). Опираясь на прошлые измерения, так и должно быть. В предыдущих статьях неоднократно описывались опыты по измерению уровня поля от ЕН антенн и Диполя в ближней зоне, а мы как раз и проводим измерения в ближней зоне, поэтому вроде бы все укладывается в "рамки". Задача сейчас не сравнивать уровни полей от Диполя и ЕН антенн, это уже много раз делалось, а выяснить, влияет ли рефлектро на усиление антенны и как? Можно ли ЕН антенну сделать направленной?

Взглянем теперь на третью колонку таблицы. В неё занесены результаты уровней сигнала, когда совместно с антеннами использовался резонансный рефлектор. Результат уровня сигнала от Диполя просто классический (как в учебниках), прибавка 2,7 dB. Остальные ЕН антенны также подтверждают это правило, никаких чудес (естественно есть погрешность измерений).

Четвертая колонка приведена для наглядности и показывает разницу в прибавке сигнала между Диполем (уровень взят за "0") и остальными антеннами, при использовании рефлектора.

Какой же можно сделать вывод? А вывод очень важный: при эксплуатации ЕН антенн можно использовать рефлектор, с прогнозируемым результатом прибавки усиления в ~ 3 dB, собственно, как и при использовании обычных дипольных антенн. Таким образом, ЕН антенну можно сделать направленной.

Уже после написания статьи, как радиолюбителю, захотелось изготовить такую ЕН антенну с рефлектором и попробовать в эфире ее работу. Сказано-сделано!
Такую направленную антенну с рефлектором можно изготовить буквально за несколько минут. На трансивер "Kenwood TH-F7E" я установил непосредственно ЕН антенну (длина 16 см.). Отрезал тоненькую реечку длиной 530 мм и закрепил ее на трансивере с помощью двух винтов М3 (вместо защелки). Противоположный конец реечки расщепил и зажал в нем проволочный рефлектор (медный провод диаметром 3 мм. и длиной 1030 мм.) на расстоянии 515 мм от ЕН антенны. Рефлектор закрепил на реечке с помощью обычного строительного скоча. Все... антенна готова! Рис. 3

Рис. 3 ЕН антенна с рефлектором, установлена на трансивере.

Теперь на испытания. Выхожу на крышу (дом двухэтажный в 30 км. от Питербурга). Настраиваюсь на частоту репитера... сигнал зашкаливает! 59+ ... поворачиваю антенну в горизонтальной плоскости (держу в руке и поворачиваюсь с ней сам) сигнал на индикаторе трансивера (сегментный) меняется от максимума, до одного, двух сегментов. Никакого чуда нет, мы только что проводили измерения с этой антенной, с рефлектором и без него. Снимаю рефлектор (делается это на удивление просто :) сигнал при повороте не меняется и сегментный индикатор показывает 3-4 семента. На передачу антенна работает также хорошо как и на прием, это подтвердили корреспонденты.

Успехов всем!

73!
UA1ACO op. Vlad
г. С-Петербург
06.2009г.