Měření a modelování na zářiči vertikálu RW3XA

Občas se mi hamové pochlubí s hezkou anténou, kterou právě realizují. Tak, jako v dnešním příkladě, který, díky Petrovi, OK6AA, stojí za kratičkou technickou úvahu:

ahoj Míro,
zatím ještě stožár nestojí a tak jsem postavil aspoň vertikál.

Je to podle RW3XA: http://www.dxzone.com/cgi-bin/dir/jump2.cgi?ID=11268
Ale já jsem to udělal z duralových trubek 13,0m vysoké a kapacitní klobouk jsem dal až nahoru, 4x 1,4m.

po přečtení Tvého článku na netu : Lze jednoduše optimalizovat elevační úhel vertikálu?
jsem si uvědomil, že to mám možná vysoké.Sice uvádíš jako hranici 13,31m pro 14MHz, ale já nevím, jak se tam chová ten klobouk.
A navíc jsem naměřil analyzátorem VA1 tyto hodnoty v patě antény:
 

Prosím Tě o posouzení, jestli to funguje na 14MHz jako 5/8l, nebo to mám zkrátit?
Ten RW3XA tam uvádí neuvěřitelné hodnoty swr a šířky pásma.
Já to podle jeho návodu nemůžu vyladit.Zřejmě proto, že jsem si to blbec upravil.
Zatím to ladím až v transceiveru interním tunerem.Přesto to ale vysílá na 100W velmi slušně (teda aspoň si to myslím):
Ve wpx contestu na 14MHz: cca 25 američanů ze 3.a 4. zóny, KH7,KL7,BY,JA…. na 7MHz: K, VE, ZS, ZF, na 3,5MHz: VY, K, HZ , UA0

A mimo závod na 7MHz: JT, CE, J7,LU atd.
Pokud naladím jednotlivá pásma , tak by to mohlo být ještě lepší.

Díky za radu
Petr

Řešení:

Ahoj Petře,

právě jsem se dostal k Tvému vertikálu:

1. Udělal jsem si model podle schématu:

2. Použil jsem zemní systém mého QTH, Tvoje neznám, tak se podívej, jak vycházejí impedance (odpovídají přibližně i Tvému měření, hi) a jak vypadá vyzařování na 14 MHz:

 Ano, ten vertikál je již vysoký, ale ne o moc. Horní lalok je ale už silnější než spodní, ale jen o 1.5 až 2 dB.

3. Řešil jsem přizpůsobení ve Smith diagramu, jen pro 14.2 MHz, na ostatních jen rychlým výpočtem:

4. Tabulka vypočtených impedancí je na dalším obrázku. Myslím, že máš chybu v měření na 7 MHz, mě tam vyšla jX induktivní, ale jinak vše sedí. V tabulce jsou i elevační úhly, na 80 a 40 to vyzařuje směrem k horizontu, to je OK.

5. Na dalších dvou obrázcích jsou hodnoty LC od přizpůsobení pro 40m (nahoře) a pro 80m (dole). Vždy je v sérii s vertikálem (a od vertikálu) indukčnost a pak proti zemi kapacita. Hodnoty jsou na obrázcích:

6. Na dalších obrázcích jsou průběhy VSWR, které docílíš při přizpůsobení L článkem v patě vertikálu, L jde vždy v sérii od vertikálu, C proti zemi.

7. Na posledním obrázku je diagram z optimalizace výšky pro vyzařování na spodním laloku. To záleží na zemním systému. Moje zem by vyžadovala výšku vertikálu nikoliv 13m, ale jen 12.72 metru. Pak vyzařuje spodní i horní lalok stejně silně:

Závěr

Řešil jsem zadaný problém, tj. odpověď na otázku, zda není anténa na 14 MHz až příliš vysoká. Moje odpověď: JE, ale nikoliv významně, horní lalok je už silnější, ale jen o cca 1.5 až 2 dB.

Abych mohl za svým tvrzením stát, řešil jsem také věrohodnost velice jednoduchého modelu. Posuďte sami, jak se shoduje model Petrovo antény s mojí zemí:

Opět konstatuji, že výpočet dostatečně přesně sedí s naměřenými hodnotami. Lze proto předpokládat, že proudy v modelované a skutečné anténě si odpovídají a že skutečná anténa bude vyzařovat podobně, jako ta modelovaná.

Poznámky:

1. Přečtení mailu, zhotovení modelu a provedení výpočtu mi dnes trvalo asi 30 minut. Ano, pracuji rutinně, rychle a celou řadu věcí jsem si zjednodušil. Kapacitní klobouk jsem "vysmahnul od oka", protože jsem neznal geometrii antény. Ve výšce, materiálu a provedení zářiče jsem věřil autorovi antény, stejně tak, jako ve změřených hodnotách impedancí. Pracoval jsem se sériovým modelem impedancí. Paralelní model jsem nezkoumal, ale s ohledem na vysoké hodnoty impedancí ho považuji ve výsledcích za mnohem méně přesný. Model země a radiálů jsem použil ze svého starého QTH, protože jsem neměl žádné informace o provedení zemního systému u autora. Všimněte si i tak, že výsledek je až překvapivě shodný s vypočtenými hodnotami. Ale o tom se vás, čtenáře snažím přesvědčit téměř v každém svém článečku o anténách a jejich NEC modelech, hi ...

Poznámka k sériovému a paralelnímu modelu impedance

Když měříme impedanci, musíme si zvolit, zda se nám pro další práci v programech NEC nebo ve Smithově diagramu více hodí sériový nebo paralelní model. Jedna konkrétní hodnota impedance představuje ve Smithově diagramu jeden konkrétní bod. Pokud použijeme sériový model, znamená to, že si na vodorovné ose diagramu najdeme hodnotu, která odpovídá naměřenému R a dojedeme do bodu, kde se nám protne kružnice RS s odpovídající hodnotou jX. Na obrázku jsem ručně namaloval tlustou červenou kružnici RS=21 Ohmů a dvě kružnice, tedy tlusté červené oblouky, které odpovídají jX=122 a -122 Ohmů. A připsal jsem do obrázku, kde se čtou hodnoty reaktancí (kladné nahoře, záporné zrcadlově na spodním obvodu diagramu). V průsečíku (zelený veliký bod) je jedna z impedancí našeho příkladu Z = 21 - j122:

Sériový model odpovídá elektrickému schématu, ve kterém máme zdroj s R=21 Ohmů a v sérii je reaktance (v našem případě kapacita) o hodnotě jX=-122 Ohmů. Sériový model bývá často v literatuře označován jako Original Network a paralelní model jako Dual Network. Hovoříme-li o obou modelech, pak hovoříme o Dual Networks. Schéma Dual Networks:

Také můžeme dělat s paralelním modelem. Ten odpovídá elektrickému schématu z předchozího obrázku vpravo, k vodivosti G je paralelně připojena reaktance C (to je ten kousek zeleného oblouku - tlustá zelená čára). Hodnoty jsou takové, abychom se opět dostali do stejného bodu ve Smithově diagramu:

Všimněte si, že ve stejném diagramu, normovaném ve středu na 50 Ohmů se dostaneme z bodu, který jsem označil jako RP (je dost vpravo a ukazuje na něj černá šipka od nápisu RP) po zelené kružnici ke stejnému bodu s naší impedancí, jejíž poloha je na stejném místě, jako v předchozím příkladu. Pokud tomu tak není, tak mi někde ujela ruka, když jsem to maloval. Oranžově jsem do diagramu přimaloval ještě hodnoty reaktancí z minulého zapojení.

Paralelní model tedy odpovídá elektrickému schématu, ve kterém máme k reálné hodnotě impedance paralelně připojenou  reaktanci (indukčnost nebo kapacitu). Bod ve Smithově diagramu musí být u paralelního i sériového modelu stejný! Jak jsem napsal, je jen jeden.

Poznámky z dalších experimentů OK6AA

15.7.2015 Petr, OK6AA napsal: Naladili jsme to do 1:1,1 v celém rozsahu 7-7,2MHz!!! Pak jsme zkusili na stránce http://www.reversebeacon.net zavysílat , a málem jsem odpadl!! Na 7,05 MHz jsem viděl report od beaconu VK4CT +10dB! Následně jsem udělal v pile-upu na 7MHz cw V55/DK9IP. Po mnoha letech jsem na tomto vertikálu poslouchal na 3,5MHz VK6, pouze obrovská 4x40m smyčka to uměla. Fakt to poslouchá skvěle oproti nějaké horizontální anténě. Jo ještě k té mojí zemi: radiály 4x 10,6m a jen 2x 21,5m. Pošlu fotky antény a toho beaconu.

A můj komentář (ok1ufc): Samozřejmě, že vertikální antény mají své místo na světě. Sám jsem jim věnoval několik let života, než jiným anténám a nadšení mě neopustilo. Možná i proto mě tento experiment velice zaujal, protože jsem zajímavou anténu RW3XA nikdy neměl a jsem rád, že se Petr, ok6aa  chce podělit o své zkušenosti. Komentář "Fakt to poslouchá skvěle proti nějaké horizontální anténě ..."musíme brát s rezervou, dostavily se emoce, radost z úspěchu a asi i překvapení, co dobrý vertikál dovede. Horizontální antény potřebují své, zpravidla i hodně výšky a také nás překvapí tím, že jsou dobré. No, nějaké antény nás většinou překvapí nějakým tím nepříjemným minimem ve směru, který zrovna potřebujeme... ale okomentuji i tu obrovskou horizontální smyčku, která na 80 m má rozměr 2 x lambda, kterou Petr zmínil. Ta mu pravděpodobně vysílala také na nízkém vyzařovacím úhlu.