Сайт о ЕН-Антеннах
Сайт, посвященный ЕН-Антеннам. Статьи. Описания. Конструкции. Эксперименты. Результаты испытаний.
Прошло несколько лет с тех пор как были проведены последние сравнительные испытания ЕН антенны и диполя. Естественно, что все испытания были проведены с использованием радиолюбительских приборов и на радиолюбительском уровне. По предложению Tadas`а (LY1CE) из Каунаса (Литва), был изготовлен маломощный маленький передатчик с автономным питанием и проведены испытания ЕН антенны и Диполя на 14 МГц без фидера, в полевых условиях. Испытания были проведены "на скорую руку" и после этих испытаний я обещал повторить их, но все не было времени. И вот сейчас еще одни испытания, скорее всего не последние.


Испытание ЕН антенны и Диполя на 14 МГц в полевых условиях (2)
Кононов Владимир ( UA1ACO/1 )
г. Санкт-Петербург

Предложение о сравнении Диполя и ЕН антенны, подключенных без фидера к антеннам на КВ диапазон, было высказано в начале лета 2010 года. Ранее подобные опыты проводились и не раз, но в основном на УКВ диапазоне (см. например статьи http://ehant.qrz.ru/exp_eh24.htm , http://ehant.qrz.ru/exp_eh6.htm , http://ehant.qrz.ru/exp_eh39.htm и др.), где было выяснено примерное равенство эффективности полноразмерного Диполя и ЕН антенны. Такие опыты проводились на УКВ диапазоне с той целью, чтобы уменьшить влияние земли и окружающих предметов на антенны. На КВ диапазоне исключить или хотя бы уменьшить влияние земли более сложно, антенны необходимо поднимать на большую высоту, что естественно, усложняет проведение эксперимента, тем не менее и такие испытания проводились.
Естественно, что результаты любых тспытаний могут быть оспорены и выдвинуты предложения по усовершенствованию проведения испытаний и указаны недостатки. Но что есть, то есть. Все очень просто, все испытания, описанные в данной статье могут быть повторены любым радиолюбителем, потому что используемые приборы и антенны можно изготовить самому, или заменить на имеющиеся.

Чтобы провести испытания, необходимо совпадение многих факторов: подготовка, изготовление и настройка антенн, подготовка материалов, приборов, транспорта, а также наличие соответствующей погоды и свободного времени и т.д. Чтобы все эти условия совпали, иногда и нескольких месяцев не достаточно.

Теперь что касается земли, или иначе говоря, высоты установки антенн.
В статье RU3AX (Б.Степанов) "О высоте установки антенны" в Радиоежегоднике-86 (формат файла DOC), есть результаты измерений зависимости эффективности антенны от высоты ее установки, проведенные радиолюбителем из Германии DJ2NN.
В этой статье есть интересный график, который приведен на рисунке Рис.1 ниже:


Рис. 1 Зависимость эффективности антенны от высоты установки, частота 14 мГц.

Из графика видно, что эффективность антенны от высоты подъема над землей, не однозначна для дальних связей (DX), кривая №2 и для поверхностной волны в дальней зоне, кривая №1. Это очень важно для наших дальнейших экспериментов, в которых предусмотрена возможносвть измерений уровня сигнала от ЕН и Диполя, как поверхностной волной, так и с использованием WEBSDR приемников "KiwiSDR".

Какие измерения предполагается провести при сравнении двух антенн: ВАЖНО! Все измерения проведены в полевых условиях (позиция установки антенн приведена на рисунке Рис.2). Мачты высотой 6,5 метра.


Рис. 2 Установка мачт для поднятия антенн в поле.

Карта проведения измерений по пунктам №1 и №2 показана на рисунке Рис.3


Рис. 3 Карта проведения измерений по пунктам №1 и №2.

На расстоянии 50 метров (2,5 длины волны) использовался автономный передатчик <5 мВт, на расстоянии же 1200 метров (60 длин волн), маломощного передатчика было уже недостаточно для уверенного фиксирования сигнала и использовался трансивер ICOM "IC-7000" c мощностью 50 Ватт и с автономным питанием от аккмулятора.

Необходимо перечислить используемое при измерниях обородудование:

Рис.4 ЕН Антенна с одним цилиндром.


Рис.5 и Рис.6 Маломощный передатчик.


Рис.7 Измерительная активная антенна "НБА-02". Рис.8 Векторный измеритель антенн "miniVNA PRO BT" c BlueTooth .

И так, начнем с первого пункта.

1. Измерение уровня исгнала от ЕН и Диполя на разной высоте, при использовании маломощного передатчика <5 мВт

Сразу надо заметить, что при измерении с одной антенной, вторая опускалась, снималась и убиралась на землю, на расстояние не менее 20 метров.
Подвешиваем ЕН антенну на середину фала между мачтами. Снимаем АЧХ антенны с помощью "miniVNA PRO BT" на высоте 1 метр, беспроводно по ВТ на ноутбуке "ACER Aspire S7" (Рис.9).

Рис.9 ЕН антенна с анализатором "miniVNA PRO BT" соединена по BlueTooth.

АЧХ антенны ЕН, приведены на рисунке Рис.10. Точно подстраивать под КСВ=1 не стал, погрешность и так будет минимальна.


Рис.10 АЧХ антенны ЕН.

На расстоянии в 50 метров устанавливаем приемник "WiNRADiO WR-G31DDC "EXCALIBUR", измерительную антенну "НБА-02" и ноутбук "ASUS X53S". К антенне подвешиваем маломощный передатчик, включаем его и регистрируем уровень сигнала на расстоянии 50 метров. Далее поднимаем антенну на 2,3,4,5 и 6 метров и на каждой высоте регистрируем уровень сигнала.
Опускаем ЕН антенну, выключаем передатчик, измеряем АЧХ Диполя (Рис.11).


Рис.11 АЧХ антенны Диполь.

Далее передатчик подсоединяем к Диполю и повторяем измерения уровня сигнала на разных высотах. По результатам измерений, строим график зависимости уровня сигнала от высоты подъема антенн. График приведен на рисунке Рис.12.


Рис.12 График зависимости уровня сигнала от ЕН и Диполя.

Как видим из графика Рис.12 уровень сигнала от Диполя для разных высот подвеса практически не меняется (разница в 2dB). А для ЕН антенны, уровень сигнала от высоты подвеса меняется на 5dB (что естественно, антенна - емкостная). В то же время при подъеме на высоту в 6 метров, разница между уровнями сигналов между ЕН и Диполем составляет всего 2,2dB!
Таким образом, будем считать разницу в уровнях сигналов между ЕН и Диполем на расстоянии в 50 метров (2,5 длины волны) в 2,2dB. Причем никаких фидеров и кабелей не использовалось, открытое поле без посторонних предметов. Перейдем к следующим измерениям по пункту №2.

2. Измерение уровня исгнала от ЕН и Диполя на разной высоте, при использовании TRX "IC-7000" (50Вт) на расстоянии 60 длинн волн

Теперь проведем точно такие же измерения, но с расположением приемника на расстоянии 1200 метров (60 длин волн). К сожалению, использовать маломощный передатчик <5мВт не представилось возможным, так как на расстоянии в 1200 метров, уровень сигнала от антенн был чуть выше уровня шумов. В этом случае пришлось использовать трансивер ICOM "IC-7000" с выходной мощностью 50 ватт. Таким образом, представилась возможность сравнить зависимости уровней сигналов (ход кривых на графике) от трансивера и маломощного передатчика.
На расстоянии 1200 метров от антенн располагался приемник "SDRPlay RSP-1A", с антенной LW длиной 5 метров, подключенный к ноутбуку "Packard Bell Dot SE". В свою очередь к ноутбуку подключался GSM модем с выходом в интернет. На ноутбуке также запускалась программа «Spectrum Analyser», работающая совместно с приемником. Второй ноутбук "ASUS X53S" также подключался к интернету через GSM модем. На этих ноутбуках устанавливалась программа "AnyDesk" и компьютеры могли управляться друг с другом через интернет, удаленно. Схема эксперимента показана на рисунке Рис.13.


Рис.13 Схема проведения эксперимента по измерению уровней на расстоянии 1200 метров.

Ход проведения испытания был точно такой же как и в предыдущих измерениях, с той лишь разницей, что в этом случае использовался не измерительный приемник "WiNRADiO WR-G31DDC "EXCALIBUR", а приемник "SDRPlay RSP-1A" и передатчик ICOM "IC-7000".
На рисунке Рис.14 представлен интерфейс «Spectrum Analyser», который совместно с приемником "SDRPlay RSP-1A", показывает величину принимаемого сигнала:


Рис.14 Интерфейс «Spectrum Analyser» при приеме сигнала от антенн (пример, Диполь на высоте 6м.).
(на частоте 13990 кГц виден пик постороннего сигнала помехи)

Результат проведенных измерений представлен на графике Рис.15.


Рис.15 График зависимости уровня сигнала от ЕН и Диполя.

Попробуем проанализировать полученные результаты, при этом на конкретную величину уровня сигналов внимания не обращаем, так как использовались и разные передатчики, и разные приемники, и приемные антенны. Нас интересует разность между уровнями сигналов от ЕН и Диполя. Точно также как и в первом случае, уровень сигнала от диполя мало зависит от высоты подъема антенны, а сигнал от ЕН антенны, как и в первом случае растет с поднятием ЕН антенны на высоту 6 метров. На питающем фидере использовались 6 ферритовых заглушек "ZCAT1730-0730A" (даташиты можно посмотреть в интернете) на расстоянии ~1 метр от антенн.
При этом разница в уровнях сигнала между диполем и ЕН антенной, на высоте 6 метров, составила также 2dB как и в первом случае, не смотря на то, что использовалась различная аппаратура, намного большее расстояние между приемником и антенной. На удивление одинаково!
Здесь все ясно и перейдем к третьему этапу измерений.

3. Измерение уровня исгнала от ЕН и Диполя на высоте 6 метров, при использовании WEBSDR приемников "KiwiSDR"

До настоящего времени очень популярными были "WEBSDR" приемники, с помощью которых можно было дистанционно, через интернет, измерить уровень сигнала от радиостанции в различных странах мира (приемники имели S-метр, "водопад" и спектроанализатор), можно было также прослушать любую радиостанцию в диапазонах, на которых работал приемник.
В последнее время стали популярны WEB приемники "KiwiSDR", которых во всем мире сейчас насчитывается около 500 на различных континентах. По сути "KiwiSDR" такой же приемник как и "WEBSDR", с той лишь разницей, что для работы "KiwiSDR" приемника не нужен компьютер, приемник сам уже имеет этот компьютер и подключается к интернету. У "KiwiSDR" приемника примерно такие же фукции как и у его предшественника. Мы постараемся воспользоваться этими функциями удаленно, особенно нам пригодится спектроанализатор приемника, который позволит записывать принимаемый сигнал во времени и представить его графически, а затем проанализировать. На рисунке Рис.16 представлена схема проведения измерений с "KiwiSDR" приемником, а на рисунке Рис.17, интерфейс приемника "KiwiSDR".


Рис.16 Схема проведения измерений с WEB приемником "KiwiSDR".


Рис.17 Интерфейс немецкого WEB приемника "KiwiSDR".

По спектроанализатору приемника можно довольно точно измерить уровень принимаемого сигнала в dB, а также увидеть замирания сигнала (отражение сигнала от ионосферы).
Использовались WEB приемники в Германии, Чехии, Польше. Координаты и используемые в приениках антенны, представлены на карте Европы, на рисунке Рис.18 и Рис.19.

Рис.18 Карта с расположением используемых WEB приемников "KiwiSDR".


Рис.19 Используемые WEB приемники "KiwiSDR".

Теперь можно перейти непосредственно к измерениям. Чтобы не перегружать эту страницу избыточными рисунками и скриншотами, предоставим только сравнительные скриншоты принимаемых сигналов этими приемниками.


Рис.20 Сигнал в Германии, WEB приемник на р/станции "SWLJo43", антенна "City Windom".


Рис.20 Сигнал в Чехии, WEB приемник на р/станции "OK2KJY", антенна "Active Loop".


Рис.20 Сигнал в Польше, WEB приемник на р/станции "SQ5PBD", антенна "Vertical HF".

Ограничимся только тремя приемниками, хотя можно было использовать и значительно больше. Тем не менее очевидно, что уровни сигналов от ЕН и Диполя примерно одинаковые, с учетом QSB (примерно ~2dB как и в предыдущих измерениях), с ЕН антенной может быть на пару децибел меньше. А теперь посмотрим на ранее представленный на рисунке Рис.1 график. Из этого графика и в реальных условиях видно, что высота установки антенны, более 2-3 метров, при DX связях, не играет особой роли. Для радиолюбителя что главное? - чтобы слышали хорошо и можно было провести QSO!
Но, двинемся дальше по "волнам" испытаний.

4. Измерение соотношения сигнал/шум при приеме сигналов, ЕН и Диполем, на высоте 6 метров, в реальном эфире

Дальнейшие измерения проводились с помощью трансивера "ICOM IC-7000" по его шкале уровня сигнала в реальном эфире.
Ход испытания был такой: Трансивер настраивался на станцию, со стабильным сигналом, измерялся, по шкале трансивера, уровень шума (в паузах передачи CQ) и экран трансивера фотографировался фотоаппаратом "Canon PowerShot SX620HS". Затем производилась фотография при работе станции на передачу. Хорошо, что показатель уровня сигнала в трансивере имеет некоторую инерцию и на пол секунды "запоминает" уровень сигнала.
Интересный момент, когда была подключена ЕН антенна, уровень шума на S-метре НЕ регистрировался, я даже усомнился, что антенна подключена, но при переводе трансивера на передачу, отмечался КСВ=1,3, а сигнал станции регистрировался без проблем.
Хорошо заметна разница в соотношении сигнал/шум при приеме лабых сигналов. Замечу, что все измерения проводились в полевых условиях, где уровень шумов очень низкий. Мне более симпатичен стрелочный индикатор, но, к сожалению, в трансивере "ICOM IC-7000" S-метр сегментный, а программу "Spectran" я использовать не стал.
Фотографии уровней шумов и сигналов для ЕН и Диполя, представлен на РИс.21 и Рис.22.


Рис.21 Уровни сигнала и шумов по шкале трансивера для разных антен, S-метр обведен желтой рамкой.

Для того, чтобы как-то "инструментально" определить разницу сигнал/шум приведем таблицу перевода значений показаний S-метра в микровольты, на рисунке Рис.22


Рис.22 Таблица перевода значений S-метра в микровольты, для КВ диапазона.

Для Диполя соотношение сигнал/шум равно: S9/S5 или 50мкВ/3,2мкВ = 15,6. или в децибелах: 97 - 73 = 20 dBm.
Для ЕН антенны соотношение сигнал/шум равно: S7/S1 или 13мкВ/0,2мкВ = 65 ! или в децибелах: 121 - 85 = 36 dBm.
Хотя на самом деле соотношение сигнал/шум для ЕН антенны еще лучше, так как уровень шумов был не S1, а меньше и не регистрировался даже со включенным предусилителем!
Таким образом ЕН антенна значительно выиграла по соотношению сигнал/шум, по срвнению с Диполем, почти на 36 - 20 = 16 dBm !
Перейдем к заключительному пункту сравнительных испытаний, проведенному американскими радиолюбителями.

5. Сравнительные испытания ЕН и Диполя, в других странах, в реальном эфире, с помощью WSPR

Что такое WSPR? Расшифровывается как "Weak Signal Propagation Reporter" или "Репортер слабых сигналов". Подробно можно посмотреть по ссылке
https://habr.com/ru/post/369589/
Это еще один способ дистанционно проверить удаленно уровень сигнала от своей станции. Что это за способ?
Предистория. Известный американский радиолюбитель K1JT, астрофизик и лауреат Нобелевской премии Tay Taylor, разработал программу для автоматического приема сигналов малой мощности. Достаточно поставить свой передатчик на передачу и, (с помощью программного обеспечения и интернета) увидеть на удаленных приемниках в разных странах, уровень своего сигнала! Все работает автоматически, но есть одно "но" - точная синхронизация по времени передачи.
Сейчас, задним числом, я вижу что надо было использовать и эту возможность для сравнения уровней сигналов от ЕН и Диполя. Но, это сейчас... что делать. Тем не менее такие испытания уже проводились американскими радиолюбителями, в частности WB5WPA на диапазоне 7 мГц, Он сравнивали ЕН и Диполь с различными радиостанциями, имеющими WSPR приемники.
Какие же эти результаты, мы их можем увидеть на рисунке Рис.23.


Рис.23 Сравнительные испытания уровней сигнала от ЕН и Диполя в течении 14 часов на расстоянии 1336 км.
Приемная станция с WSPR приемником W4DJW.

Можно сказать, что ЕН или Диполь намного лучше? Я думаю, что комментарии здесь излишни.

Краткое резюме

Проведены сравнительные испытания ЕН антенны и Диполя в различных вариантах и с использованием автономного маломощного передатчика без фидерной линии, и с использованием фидерной линии, а также использовались удаленные SDR приемники "KiwiSDR", приводились результаты испытаний иностранных радиолюбителей и т.д.
Можно сказать так: кто может поставить на крышу полноразмерную направленную антенну или имеет возможность разместить полноразмерные иные антенны - флаг в руки! Но, очень многие радиолюбители не имеют и такой возможности, поэтому для них ЕН антенна, это достойный выход из положения и практика это подтверждает проведением многих тысяч QSO, в том числе и с DX станциями и даже в PuleUp`ах и QRP... достаточно посмотреть страницы этого сайта с результатами проведенных связей с использованием ЕН антенн. Получено много писем от радиолюбителей, экспериментирующих с ЕН антеннами.
В заключение хочу привести фотографию ЕН антенн моего хорошего товарища из Ухты (RW9XU).


Рис.24 ЕН антенны на все диапазоны RW9XU.

Доброго всем здоровья и хороших DX с ЕН антеннами!
73!
UA1ACO op. Vlad
nr г. С-Петербург
08.2020г.
Рейтинг@Mail.ru
| ЕН в мире | | W5QJR | | UA1ACO | | Теория | | Практика | | Серийные | | Ссылки | | Статьи | | Разное |