Poznámky OK1UFC:


Prázdninová 6 ti prvková yagi pro pásmo 144 MHz, vyfotil jsem ji na portable stativu

   Počet prvků: 6
   Délka ráhna: 1750 mm
   Průměr prvků: 12 mm
   Impedance na svorkách: 50 Ohm, SO-239
   Typové označení enginu pro výpočet vzdáleného pole: NEC-2
   Princip numerické optimalizace: Quasi Newton / Gradient Descent

   Průběh VSWR v celém pásmu 144 - 146 MHz:


    

Reaguji na několik mailů a uvádím také průběh VSWR v širším rozsahu frekvencí - střed je na 144.1 šířka 20 MHz. Tady jsou diagramy:

Anténa má skutečně plochý průběh VSWR. Uvedené diagramy jsem naměřil na prototypu, který měl přesně podle výpočtu vyrobené prvky. Délky měřené ocelovým měřítkem, přesnost kolem 1 mm. Po instalaci nebylo prováděné žádné "ladění" stříháním. Návrh byl proveden pomocí enginu NEC-2, optimalizace numerickými metodami. Pevně byl zadán zisk antény G = 8.5 dBd ve volném prostoru (free space), impedance v místě napájení Z = 50 Ohm s tím, že koeficient odrazu se bude pohybovat na pracovních kmitočtech kolem 30dB. Při dodržení těchto uvedených parametrů byla prováděna optimalizace všech prvků i intervalů mezi nimi (kvazi - Newtonovou metodou) tak, aby bylo docíleno nejlepší potlačení postranních laloků při výšce instalace 2m (real ground, provozní stativ) a při elevačních úhlech od 10° do 60°. Všimněte si, že střed dipólu zatěžuje svorky malou kapacitou Cpar (asi 1pF) a na pracovním kmitočtu je impedance Z = 50 - j3, měřeno v uvedené nízké výšce.
Na obrázku vpravo vidíte hezký poměr F/B právě na kmitočtu 144.1 MHz

Byly provedeny také tyto experimenty, s cílem získat hodnoty koeficientů pro "feedback correct" substituci u:
 
- izolované montáže prvků, v praxi se mi toto řešení osvědčilo, netečou do ráhna společné proudy a změřený vyzařovací diagram se lépe shoduje s vypočteným;
- alternativního designu zářiče pro odlišné nominální impedance 25 a 12.5 Ohmu;
- použití různě skládaných dipólů;
- použití tenkých prvků z mědi
 

Podobnou anténu jsem kdysi používal pro provoz přes HAM satelity VO-52, FO-29 a AO51. Vrátil jsem se k ní v roce 2014, kdy mě zajímalo, zda lze s takto malou anténou dekódovat signál JT-65 EME. Tenkrát jsem používal provedení, které jsem popsal zde: http://ok1ufc.sweb.cz/ok1ufc/144MHZ_6EL_YAGI.htm
V roce 2014 jsem však neměl vyrobenou sondu na měření proudů do 500 MHz a ani napsaný SW pro provádění numerických optimalizací. Proto jsem se k anténce vrátil až o letošních prázdninách, zahodil jsem DE s gamma napájením. Taková věc opravdu nemá u moderně navržené antény pro 2m co dělat.
 
Důvodem, proč věnuji této anténě pozornost je několik skutečností. Nejsou to dosažené parametry G a F/B v absolutních hodnotách. Takové hodnoty snadno docílím s počtem prvků o jeden menší (tedy s 5). Není to ani velice dobré přizpůsobení s extrémně nízkým koeficientem odrazu v širokém rozsahu kmitočtů. Tento parametr prostě nepotřebuji. Ten jeden prvek, jakoby z pohledu parametrů a optimalizace navíc, však dává anténě další optimalizační příležitost. Při řazení do soustavy, ale nikoliv dvou shodných antén, nýbrž nepatrně rozdílných, pro tento účel navržených, lze optimalizovat tak, že se hlavní lalok koncentruje, ale zadní lalůčky alespoň zůstávají nebo diverzifikují. U vyzařovacího diagramu soustavy (stacku) roste zisk i F/B u zadních laloků. Ale to je popsáno jako jedna z metod u antény v hlavním článku.

Prototyp antény pro 432 MHz

Prototypy pro pásmo 432 MHz byly rovněž vyroben. U jednoho jsem použil konstrukční materiál z yagi antény Diamond. Druhou jsem si nechal v původním stavu na hrubé porovnávání. Třetí anténa byla referenční podle DJ3JJ (11 prvků, design podle yu7ef, označení EF7011N6). Jedna z právě používaných antén pro 70 cm:

Přímo na svorkách (v plast. krabici) je LNA s MMIC PGA103+ (NF cca 0.5 dB), anténa umožňuje pouze příjem silných signálů JT65B (EME). Krabička neobsahuje anténní relé, vysílat se na to nedá.


 
Příklad jiného prototypu 6 prvkové antény:

 
Průběh VSWR u vertikální antény pro pracovní kmitočet 145.500 MHz:

 
Tato anténa - na zakázku vyrobený prototyp, byla optimalizována tak, aby byla úzkopásmová a s vysokým poměrem F/B. Preprocesor zpracovával korekce pro držáky prvků, průměry prvků, průměr ráhna, průměr výložníků. Anténa nebyla nijak dolaďována, naměřený výsledek VSWR byl získán po naměření sestavené antény s V zářičem, s prvky vyrobenými s přesností cca 1mm a s osovými vzdálenostmi držáků na ráhně v přesnosti kolem 2mm. Měřeno zkalibrovaným ocelovým měřítkem.

Pouze zářič byl před montáží na ráhno kontrolován měřením vlastní impedance, která odpovídá rezonanci antény na 145.5 MHz. Osovou vzdáleností lze u této antény doladit nejlepší VSWR cca v rozmezí 250 kHz, přičemž šířka pásma pro VSWR lepší než VSWR=1.5 je pouze 1.4 MHz. Na obrázku vpravo je vidět provizorní montáž DE pomocí stahovacího pásku a rovněž diference cca 10 mm proti vypočtené hodnotě souřadnice. Ta byla, jako jediná u tohoto prototypu, nastavena při měření v požadované výšce antény.

Při optimalizaci antén, myslím, je nejdůležitější zvolit si pro dané použití ta správná kritéria v rozsahu reálných geometrických a mechanických možností. Jsou to jen antény yagi. Tak, jako konečně je to u antén vždy, jde o kompromis, co povýšíme nebo ponížíme na úkor něčeho jiného. Ta první anténa na této stránce je extrémně širokopásmová, s dobrým poměrem F/B. Ta poslední neobsáhne ani celé pásmo 2m. Má dobrý poměr F/B, je o čtvrt metru delší. Má dobrý F/B, ale zisk je o celý 1 dB vyšší.

Čtenář by měl snad znát motivaci, proč tuto činnost dělám. Geometrii dobře navržených antén lze najít na Internetu. Moje motivace je v něčem jiném. Zajímám se o optimalizaci soustav více antén. Nikoliv klasicky, tak, jak se to běžně dělá, tj. optimalizací horizontální a vertikální rozteče stacku, ale optimalizací rozdílné geometrie antén ve stacku. Princip spočívá v tom, že vyzařování v hlavních lalocích (mainlobes) se sčítá, ale neplatí to zcela u laloků postranních (sidelobes). Takovou optimalizací lze docílit vynikajícího potlačení vyzařování do nežádoucích směrů. A to je pro příjem slabých signálů důležité.

23 prvků F9FT originál TONNA 1296 MHz

 

Pro porovnání vlastní konstrukce si vždy pořídím nějakou továrně vyrobenou anténu.

Pro pásmo 23 cm jsem si kdysi koupil anténu F9FT s 23 prvky, která ležela dlouho v krabici, ale o prázninách přišla řada také na ni.

Dílenské zpracování se známému a slavnému konstruktérovi fakt nepodařilo. Na obrázku vpravo vidíte např. profil, kterým jsou spojeny oba díly ráhna.

 

Na obrázku dole si zase všimnete, že pan Tonna šetřil na svém učedníkovi. Asi mu nekoupil ani ostrý vrták..... Nebo že by to dělal zednickou příklepovkou? Nevím, ale je to fakt humus .... ty díry, ty značky fixkou - vše, jak jsem v krabici koupil, opravdu jsem nic "nevylepšil"....

Z elektrického hlediska mám největší výhradu k použitému napáječi, který je typu RG213, tedy s plným dielektrikem a ztrátami přiměřenými krátkým vlnám.

O tom jsem však věděl, když jsem anténu pořizoval:

1. Nicméně, hodlám udělat zajímavý experiment s touto anténou, smontovanou podle návodu k obsluze, pečlivě nastavenou a změřenou.

2. Předpokládám, že s takto koncipovanou anténou se mi možná podaří dekódovat nějaká silná stanice JT65B v EME contestu. Pokud však nebudu slyšet žádnou, mám připraven úplně stejný DE, ale bez toho ohavného koaxiálu. V malinké krabičce na zářiči je LNA.

Montáž antény proběhla celkem v poklidu. Nejpracnější na montáži je rozdělení všech direktorů, které jsou označeny barevně. Do plastového držáku se vyplatí kápnout kapičku oleje (jen jednu, malou a takového oleje, který nevadí plastům). Také se vyplatí hadříkem s olejem otřít stranu prvku, kterou budete do držáku nasouvat. Pokud to neuděláte, hrozí, že prvek z Cu drátu při "domlouvání", aby šel do díry, ohnete.

Anténa po montáži na stativu při měření:
 
 		  
Srovnávací anténa

Signály přijímané anténou F9FT jsem potřeboval ve svém QTH porovnat se signály z jiné antény. Velice jsem si fandil, když jsem se domníval, že bych mohl dekódovat na 23 prvkovou anténu signál JT65 EME. Ani náhodou. Kus použitého koaxiálu RG213 to u jediné, tak krátké antény nedovolí ani náhodou.

Pro srovnání jsem použil druhou anténu. Zvolil jsem levotočivou šroubovicovou anténu. Šroubovice s trubkou je výměnná. Po odletování SMA konektoru ji lze nahradit šroubovicí delší.

Reflektor byl vyroben z desky oboustranného kuprextitu FR4. Zezadu reflektoru kouká napájecí konektor SMA. Skrz kuprextit jsou vrtány pouze díry na přišroubování montážního třmenu a díry pro konektor.
Šroubovice má v místě napájení impedanci asi 140 Ohmů, kterou je třeba transformovat na impedanci napáječe (konektor SMA). Použil jsem čtvrtvlnné transformační vedení (z lakovaného vodiče nízko nad Cu folií reflektoru). Docílil jsem VSWR asi 1.2, hodnota pro přijímací anténu vyhovuje.
Překvapila mě skutečnost, že vlastnosti 23 prvkové antény yagi jsem překonal se šroubovicí délky asi 280 mm (viz fotografie). Nicméně, ani takto krátká šroubovice nestačí k detekci silných EME. Předchozí tvrzení jsem rád opravil, hned, jak to nebyla pravda. Tato anténa je mojí nejmenší anténou, se kterou jsem JT65 EME zdekódoval.

Poznámky:
1. Pro příjem jsem použil levotočivou kruhovou polarizaci (LHCP).
2. Nejsilnější signál EME bylo možné spolehlivě dekódovat až s anténou dlouhou jeden metr, nikoliv s touto krátkou šroubovicí, ale 4 x delší anténou.
3. Zatímco na 23 prvkovou (koupenou a po montáži změřenou) anténu yagi mi pronikal do přijímače neznámý hluk, pravděpodobně z DVB-T vysílání (2. harmonická), signál ze šroubovicových antén byl čistý.

Prázdniny už dávno skončily. To pouze experimenty se mi protáhly až do 25. září, hi. Nicméně, tuto stránku dnes uzavírám s tím, že pokračovat budu v samostatných tématických článečcích, pokud se moje experimenty někam pohnou a bude o čem psát.