Stručný popis měření vyzařovacího diagramu krátkovlnné antény

20.10.2013 Grafické zobrazení na displeji: V druhé polovině roku 2013 byly dokončeny práce na SW. Pro grafické zobrazování se používá podobný rastr a stupnice, jako např. v EZNEC. Rádio Icom bylo v projektu nahrazeno SDR technologií. Takto vypadá nová obrazovka při měření nějakého mírně pošahaného dipólu. K protokolu se přidávají souřadnice QTH a časová značka z měření.

30.10.2013 Interpolace naměřených hodnot: Grafické zobrazení lze dělat v grafech, které vypadají jako EZNEC nebo MMANA-GAL. Konečně byl dopsán SW, který dělá interpolaci z mnoha měřených dat. Diagramy se sice vzhledem přiblížily k modelovaným diagramům, ale charakteristické hodnoty vykazují větší diference.

Byla optimalizována dynamika měření, dynamický rozsah se zvýšil o cca 10 dB. K tomuto datu byl projekt uzavřen.

Ukázky z obrazovek programu

Základní vlastnosti

Jedná se o jednoduché zařízení. Tak, jako v jiných článcích, tak i tady tvrdím, že moje firma je maličká, v žádném případě nemá přebytečný kapitál, který bych mohl investovat do profesionální soupravy na měření vyzařovacích diagramů a tak jsem musel jít dostupnou cestou. Vlastnosti zařízení jsou dané především vlastnostmi přijímače Icom. Jsem přesvědčen, že mi to pro základní měření stačí. Uvedu tedy několik důležitých vlastností:

frekvenční rozsah: 1.8 -  54 MHz, 144 - 146 MHz, 430 - 440 MHz
použité měřicí antény pro 1.8 MHz, 3.5 MHz, 7MHz a 10MHz: feritové antény
použité antény pro  14 - 30 MHz: jeden měřicí dipól
anténa pro 2m: dipól
anténa pro 70 cm: dipól
výkon vysílače při měření: 2 - 30 W
rozsah měření: 0 až -40 dB

První praktické zkušenosti

Pro rychlé měření krátkovlnných antén nastavuji krok azimutu 30°. Grafy vypadají nějak takto, u některých je vpravo uveden s azimut step = 10°:
 

Z grafů je vidět, že lze snadno odečíst použitelnou hodnotu vyzařovacího úhlu antény. Mohou být vidět i minima vyzařování a různé jiné "prohřešky". Pro preciznější měření krátkovlnných antén používám azimut step = 10°, tady jsou grafy pokusu o vícepásmovou "interlaced yagi", která má na každém pásmu dva prvky. Anténa byla celkem slušně symetrická, ale nějak byla upřednostněna snaha nastavit tu anténu na dobré VSWR, ale konstrukce tomu moc neodpovídala. Na obrázcích jsou dva diagramy pro různé kmitočty. Uvedl jsem je pro ilustraci, že je pravda, kterou jeden z legendárních hamů (už nevím, kdo to byl), kdysi vyslovil. Že by se měl každý konstruktér překonat dipól, hi. No, diagramy nelžou a dělat v jednom stísněném prostoru antény pro více pásem není až tak triviální záležitost.

Ještě pár typických diagramů naměřených hrubě - azimut step = 30°

1. Jungle Job, 14 MHz, h=15

2. Dipól 28 MHz, h=15

3. 2element. Yagi 14 MHz, h=12, "sajrajty okolo"

4. Moxonka, 21 MHz, h=15

5. Yagi, 4 element, 28 MHz, h=20

Pattern dvouelementového QUADu (pro ilustraci) na nepříliš vzdálených kmitočtech v jednom pásmu. Záměrně neuvádím kmitočty. Pokud děláte s nějakým NEC programem, sami si odpovíte na otázku, který obrázek odpovídá nižšímu a vyššímu kmitočtu.

Zařízení při kalibraci, vlevo je vidět kus generátoru 9 kHz až 3.2 GHz od Rohde-Schwarz:

ještě jednou pohled na hezký generátor:

Zařízení připravené k měření:

a detail obrazovky, na fotce PC není moc vidět

Výsledky

Konečně se mi zjevily diagramy, na kterých jsou vidět:

- důležité postranní laloky, které jsou přibližně tam, kam je namaloval model NEC
- dá se odměřit vyzařovací úhel, který poměrně přesně odpovídá modelu NEC
- dají se najít minima vyzařování, i když jsou zatížena spíš úhlovou chybou na stupnici azimutu

Pokračování projektu

Měřidlo se stalo vynikajícím pomocníkem a vneslo mi mnoho světla do vlastností krátkovlnných směrových antén. Pracuji na další generaci měřicího přijímače, která využívá vynikajících a dostupných RF obvodů od firmy Analog Devices. Od koncepce heterodynu s vyváženým směšovačem a následným krystalovým filtrem s šířkou pásma asi 150 Hz bylo nakonec upuštěno. Pro měření je používán systém SDR se vstupními filtry.