Основные и сравнительные измерения характеристик одноцилиндровой
ЕН антенны конструкции UA3FH в полевых условиях.
Кононов Владимир ( UA1ACO/1 )
С-Петербург, Лениградская обл. RDA: LO-21
Статья по ЕН антенне UA3FH находится ЗДЕСЬ
Получил я письмо от Валерия (UA3FH) с описанием его одноцилиндровой ЕН антенны, которую он назвал "неординарная". Валерий делился результатами
работы в эфире с использованием этой антенны. Завязалась переписка и возникла идея сделать макет подобной антенны и частично снять характеристики
и бегло измерить уровни сигналов в сравнении с классическими ЕН антеннами и диполем G5RV в полевых условиях.
К сожалению в это время я был загружен работой и другими делами, да и надвигалась зима, поэтому удалось провести только основные измерения.
Фото изготовленного макета антенны на диапазон 160 метров, представлено на Рис.1.
Рис.1 Макет антенны UA3FH изготовленный UA1ACO/1.
Пивную банку объемом 1 литр ни в одном магазине найти не удалось. Дело не в том, чтобы просто выпить пиво :-) можно было бы заменить одну
однолитровую банку, двумя банками по 0,5 литра :-) но для изготовления антенны такой вариант не подходит :-). Пришлось открыть консервную
банку с морской капустной необходимого диаметра (Рис.1 справа) и Рис.2. и добавить к ней цилиндр из медной фольги для удлиннения общего цилиндра.
Не сомневаюсь, что кто-то может применить и просто один цилиндр из фольги (как, кстати, показано на рисунке Рис.7 в статье UA3FH).
Рис.2 Этикетка от стандартной консервной банки.
Но.... высота такой банки не удовлетворяла заданным условиям, поэтому консервную банку пришлось нарастить медным цилиндром, изготовленным
из медной фольги, толщиной 1мм. (Рис.1), что, в общем, должно только улучшить параметры изготовленного макета (все же медь...).
В остальном, все параметры соответствовали оригиналу UA3FH.
Антенна изготовлена и настроена (настройка стандартная для ЕН антенн, пришлось лишь подобрать количество витков входной маленькой катушки).
Далее были сняты АЧХ антенны. Для сравнения ниже приведены АЧХ различных ЕН антенн на диапазон 160 метров, ранее изготовленных и макета ЕН антенны UA3FH.
Использовались различные ранее изготовленные ЕН антенны:
Рис.3 ЕН антенна длиной 2 метра (описана на этом сайте).
Рис.4 Макет трехдиапазонной ЕН антенны (диапазон 160 метров) размером 1х1 метр.
Рис.5 АЧХ ЕН антенны 160-метрового диапазона размером 2 метра.
Рис.6 АЧХ трехдиапазонной ЕН антенны размером 1х1 метр (диапазон 160 метров).
Рис.7 АЧХ макета одноцилиндровой ЕН антенны UA3FH.
Рассматрим подробно эти первые измерения по поводу АЧХ и полосы пропускания антенн по уровню КСВ=2 и занесем их в таблицу.
№ п/п
|
Тип антенны
|
Частота мГц
|
КСВ
|
Полоса кГц
|
Рисунки
|
1
|
ЕН 2 метра
|
1,85
|
1,02
|
106,2
|
Рис.3; Рис.5
|
2
|
ЕН 1х1 метр
|
1,8088
|
1,02
|
82,2
|
Рис.4; Рис.6
|
3
|
UA3FH
|
1,808
|
1,03
|
46,4
|
Рис.1; Рис.7
|
Как видим наиболее широкой полосой пропускания, по уровню КСВ=2, обладает антенна длиной 2 метра, далее антенна 1х1 метр и завершает таблицу антенна
UA3FH.
В дальнейшем были проведены измерения уровней сигналов от ЕН антенны UA3FH и трехдиапазонной ЕН антенны 1х1 метр, с помощью удаленного WEB SDR приемника "SDRPlay SP1" на расстоянии 1,5 км.
Также проведены измерения уровней сигнала с помощью удаленных WEB SDR приемников "KiwiSDR" на расстоянии 10 км.; (п.Дятлицы, R1LB) и на расстоянии ~200 км (г. Kotka, Finland, OH5AE).
Для сравнения, приведены уровни сигналов от стандартной G5RV антенны. Используемые на передачу антенны установлены на следующих высотах:
1. ЕН плоская 1х1 метр, трехдиапазонная - 3-4 метра.
2. UA3FH - 6 метров.
3. Inverted V G5RV верхняя точка на высоте 8 метров.
Справедливости ради, надо сказать, что антенна G5RV на диапазоне 160 метров работает не лучшим образом.
На рисунке Рис.8 приведена карта с расположением WEBSDR приемников:
Рис.8 Карта с расположением WEBSDR приемников.
Сборная диаграмма уровней сигналов от различных антенн (ЕН антенна размером 2 метра не участвовала в испытаниях, в связи с ее отсутствием) представлена
на рисунке Рис.9.
Рис.9 Уровни сигналов от различных антенн, на WEBSDR приемнике в поселке Сельцо (дистанция 1,5 км.).
Скриншоты реальных уровней сигналов с амплитудных анализаторов WEBSDR приемников приведены на рисунках Рис.10.
Рис.10 Скриншоты с амплитудных анализаторов WEBSDR приемников..
Принятые уровни сигналов сведены в таблицу ниже:
Усредненно, наилучшие результаты показала ЕН антенна размером 1х1 метр (на расстоянии 1,5 км. на 1dB выиграла антенна G5RV).
От ЕН антенны UA3FH уровень сигнала был примерно на ~6dB меньше, чем от ЕН размером 1х1 метр. На расстоянии ~200 км. сигнал от антенны UA3FH
отсутствовал (уровень шумов -123dB).
Для таких маленьких размеров, можно считать, что ЕН антенна оправдывает надежды.
К сожалению, по проведенным измерениям, в связи с отсутствием WEB SDR приемников на расстоянии 50-100 км., нельзя сделать выводы о приблизительной диаграмме направленности антенны UA3FH, а использовать летательные аппараты (самолет, квадрокоптер и т.д.) в настоящее время нет возможности, может быть в будущем.
Пока я делал макет антенны и проводил измерния, меня не покидало чувство, что я где-то уже видел такую антенну...вот такое "дежавю".
И вот, когда я сел писать статью и подводить итоги - вспомнил! что я сам делал подобную ЕН антенну еще в 2008 году, но только для диапазона УКВ. Открыл
ноутбук, подключил свой терабайтный внешний "винчестер" с архивной информацией за много лет... и нашел фотографию подобной антенны, см. Рис.11.
Кроме того также нашел подобную фотографию такой же антенны, известного по форумам Коробейникова В.И. - здесь прошу не путать с его
мифической HZ - "таблеткой" :-).
Рис.11 ЕН антенна UA1ACO для диапазона УКВ и антенна Коробейникова.
К большому сожалению, подробной информации не сохранилось, был только единичный файл с данными полученными при измерени характеристик и уровнями
сигналов от такой антенны. Тогда уровни сигналов от нее оказались на -8dB меньше чем от стандартной двухцилиндровой ЕН антенны и именно поэтому
такая конструкция была признана не перспективной и дальнейшие работы с ней были окончены. А надо было сделать такую антенну на КВ диапазон.
Надо сказать, что из-за различия соотношения между паразитными емкостями и полезной емкостью в ЕН антеннах, антенны на КВ и УКВ значительно различаются.
Как работает такая антенна с одним цилиндром?
Есть антенны с верхним питанием, но отнести работу одоцилиндровой ЕН антенны к антеннам с верхним питанием, по моему мнению нельзя. Почему?
Потому что, по сути, в антенне нет вертикальной излучающей части (для токов проводимости), а над катушкой сразу расположена емкость (цилиндр).
Поэтому можно расматривать емкость, создающую электрическое поле "Е", между цилиндром и самой катушкой, как это показано на рисунке Рис.12.
Рис.12 Предполагаемое расположение емкостей в одноцилиндровой ЕН антенне.
Таким образом - это емкостная ЕН антенна. Но... здесь есть одно "тонкое" место. В емкостной антенне есть большая разность потенциалов между
цилиндрами образующими последовательный колебательный контур (кстати в Q раз большее, чем подводимое входное). Здесь также мы имеем дело с последовательным колебательным контуром, но где же
емкость этого колебательного контура? А емкость образуется между самим цилиндром одноцилиндровой ЕН антенны и катушкой настройки, причем, в основном,
с нижней частью катушки, т.к. верхняя часть катушки непосредственно соединена гальванически с цилиндром. Вот такая необычная емкость.
Но, главное, что поля "Е" и "Н" образующиеся в одноцилиндровой ЕН антенне несколько иные, чем в стандартной двухцилиндровой (см. Рис.12), где есть физическая, отдельная емкость в виде цилиндров. К большому сожалению, в настоящее время не удалось инструменально определить конфигурацию этих полей (приборы то есть, нет времени). Надеюсь,что к лету такая возможность появится и тогда можно будет дополнить эту статью, а пока ограничимся только предположениями.
Есть, предположительно, и еще одно "тонкое" место с "Н" полями. Дело в том. что в классической ЕН двухцилиндровой антенне "Н" поле образуется о токов смещения между цилиндрами, а катушка настройки в классической антенне специально вынесена ниже нижнего цилиндра, чтобы "Н" поля, образующихся от токов смещения и от непосредственно катушки настройки были как можно дальше разнесены. В одноцилиндровой ЕН антенне эти "Н" поля практически совмещены, может быть именно от этого
эффективность одноцилиндровой антенны значительно меньше (-6dB и более), это требует дополнительных измерений.
В заключение хочется сказать, что ЕН антенна конструкции UA3FH достойна применения, при отсутствии места для установки полноразмерной или даже классической укороченной антенны. Правильно пишет Валерий (UA3FH) - не надо бросать свое любимое хобби, даже если нет возможности установить полноразмерную антенну! Поддерживаю!
Желаю удачи и приятных связей в эфире!
73!
UA1ACO/1 op. Vlad
Ленинградская обл. RDA: LO-21
01.2022г.
