Настройка одноэлементной антенны

[UR4III]

Вопрос о методике настройки антенны неожиданно возник в ветке «Антенный анализатор АА330» http://forum.qrz.ru/thread15310-36.html
Поскольку тема «Настройка …» не соответствовала теме ветки и её начавшееся обсуждение быстро переросло в склоку, а вопросы у радиолюбителей остались, я решил открыть обсуждение здесь.

Рядом радиолюбителей утверждается, что антенна, имеющая резонансную длину, работает значительно лучше. В качестве примера привожу высказывание RZ3DK –

А вот это вопрос на котором большинство "не заморачивается". Только результат плачевный.
Можно долго сыпать умными, скучными терминами. И сопротивление излучения, и сопротивление потерь, и т.д. И вопрос не по теме ветки растянуть на много страниц. Но, не буду этого делать. Просто покажу на примере. И начну со встречного вопроса. А зачем Вы настраиваете контуры в трансивере?. Сделайте так - "накрутите "пружинку", подсуньте случайный конденсатор и работайте на аппарате с не настроенными контурами.
Все дело в том, что антенна - это тот же резонансный контур. Если он настроен на рабочую частоту, то его параметры оптимальны. Не многие знают о том, что сигнал в резонансном контуре растет пропорционально КВАДРАТУ добротности. А шумы - пропорционально добротности. Разницу чувствуете? Так и в антенне. Нет, не коэффициент усиления. Он формируется в антенне её геометрией, высотой подвеса и т.п. Иными словами, излучать будет любой (и не резонансный) излучатель. Но, услышать слабый сигнал можно лишь на резонансной антенне. Именно на частоте резонанса токи и напряжения в контуре (антенне) максимальны.
Вы скажете, что на 160, или 80м, да и еще при киловатте, это не актуально. Но, это касаемо сильных сигналов. Те же сигналы, которые имеют уровень ниже уровня шумов не резонансной антенной никогда услышаны не будут. Резонансной - услышите. Именно из-за возрастания их пропорционально квадрату. Это, конечно же, если эти сигналы присутствуют в точке приема. Но, под шумами.
Ну и не только из-за добротности мы резонанс в антенне подгоняем. Все вертикалы менее 0,25L имеют отрицательный коэффициент усиления. И трех метровый вертикал можно "вогнать" в КСВ=1 на частоте 7,05 мГц. Но работать, все-таки, будет именно резонансный равный 0,25L (вместе с противовесами = 0,5L) вертикал. Именно работать, а не просто излучать некое количество ЭМ волны.

Как я понимаю, в режиме «излучение» резонансная антенна «работает» лучше потому что в её входном сопротивлении отсутствует реактивность и, следовательно, при равенстве этого сопротивления волновому линии ВСЯ подведенная энергия попадает в антенну. А в режиме «приём» антенна усиливает сигнал собственной резонансной частоты. Помните крылатое – «Антенна – лучший усилитель!».
Здесь я (и не один я) усомнились в правоте этого понимания настройки.
http://forum.qrz.ru/thread15310-37.html

о приёме.
Не думаю, что добротность антенны относится к её важнейшим параметрам. По крайней мере в учебниках среди параметров передающих и приёмных антенн она мне не попадалась. Если не прав, пожалуйста, ссылку и возможно я изменю своё мнение.
То же касается и шумов.
…
Считается, что собственного теплового шума провода антенны на КВ нет. Это мизер, не воспринимаемый ухом. Не нужна здесь высокая чувствительность. Остальные шумы – это те же сигналы.

По поводу масимальности токов и напряжений именно в резонансной антенне.
Мы как-то не определились с понятием «резонансная антенна». По сути резонансной она является только на одной частоте. Для «широкого» диапазона это просто частный случай и в общем случае антенна не резонансна.
Ток и напряжение (заряд) в приёмной антенне зависят от величины наведенной в ней эдс. Исходя из принципа обратимости антенны, изменения тока и напряжения в зависимости от длины антенны можно проанализировать через сопротивление излучения. Формул Rиз для различных типов антенн предостаточно. Так вот в пределах диапазона Rиз меняется на единицы ом. Т.е. максимум действительно на резонансной частоте, только и минимум не шибко отстаёт от максимума.
Таким образом, если «сигнал в резонансном контуре растет пропорционально КВАДРАТУ добротности», то в антенне это не совсем так.
Кроме эдс полезного сигнала в антенне индуцируются эдс и от не нужных нам сигналов. На выходе приёмной антенны эти эдс формируют соответствующие импедансы. «Усиление» приёмной антенны, как источника эдс-ов, заключается в предоставлении ей нагрузки комплексно сопряженной с импедансом от полезного сигнала. В этом случае входные цепи приёмника получают максимум энергии полезного сигнала и минимум не полезных. Как видим, и здесь резонанс не обязателен. Просто нужно отрегулировать связь источника эдс (антенну) с нагрузкой (приёмником). Что и делают согласующие устройства между антенной и фидером или между фидером и трансивером. Причём вся АФ-система оказывается в резонансе. Дело вкуса и расчётов – резонансом каких элементов системы можно ограничиться.

http://forum.qrz.ru/thread15310-38.html

Меж тем «неспециалист» свёл техническое обсуждение к основам теории. Если кто не заметил, повторю.
Есть генератор и есть его нагрузка. Фидер пока не трогаем. Максимальная энергия рассеется на нагрузке в случае равенства её сопротивления выходному сопротивлению генератора. Идеальный для нас случай, когда входное антенны активно и равно выходному передатчика.
А что делать, если входное антенны комплексное и его активная часть не равна выходу передатчика – антенна не в резонансе? В этом случае в антенну «войдёт» меньше энергии, чем в идеальном варианте.

Между передатчиком и антенной ставится СУ, которое выполняет роль «трансформатора» - трансформирует комплексный импеданс антенны в сопротивление равное выходу передатчика. Теперь в антенну поступит столько же энергии за вычетом потерь в СУ, что и в идеальном варианте. Т.е. антенна не в резонансе, а излучает почти также как если бы была в резонансе.

Резонанс до лампочки!
Если кто-то упорно не понимает этого аза электротехники, то это и есть настоящая клиника.

Та же ситуация и при приёме. Здесь антенна выступает как источник эдс, а приёмник как её нагрузка.

Что меняет включение линии питания между передатчиком и антенной?
Если СУ располагается между линией и антенной, то волновое линии должно быть равно выходному передатчика. Добавляются потери энергии падающих волн.
Если СУ располагается между передатчиком и линией, то волновое линии в общем случае должно быть близким к входному антенны. Добавляются потери падающих и отраженных волн.

К сожалению, контр доводов я не увидел. Так они есть или «хенде хох!»?
Думаю, что методика настройки должна быть другой.
http://forum.qrz.ru/thread15310-37.html

Под настройкой антенны мы, как правило, понимаем именно ввод антенны в резонанс. Хотя критерием настройки должна быть напряжённость поля у корреспондента. Если лет 30 назад для радиолюбителя это была непосильная задача, то сегодня с помощью моделировщиков она ему по силам. А приемлемая ДН антенны может быть как раз вне её резонансной частоты.

Добавлено через 2 минуты

Не хотел больше писАть, но не получил однозначного ответа...
Итак 3 варианта:
1 - Имеем резонансный полуволновой диполь на 3,8
2 - Длиннее 1 варианта % на 20 и согласованный шлейфом
3 - Короче 1 варианта % на 20 и тоже согласованный шлейфом (а почему бы не укоротить % на 80 ?).
Так что, все 3 антенны будут одинаково эффективны на 3,8 ?
Просьба, ответы только да или нет.

..второй лучше третьего (разница теоретическая), но оба хуже первого. Но хотелось бы знать, что у Вас подрузомевается под термином эффетивность антенны?

«Только да или нет» не получится, потому что ответ лежит глубже. В общем случае при отсутствии требований по ДН «эффективность антенны» обусловлена её энергетикой - КПД. КПД определяется отношением излучаемой энергии к суммарной в антенне и зависит от Rизлучения и Rпотерь. В пределах диапазона Rпот меняется незначительно. (Хотя изменение длины на 20% - это много.) А Rиз для вибратора можно определить по зависимости Rиз от отношения длины вибратора к длине излучаемой волны – Белоцерковский Г.Б. Основы радиотехники и антенны.Ч 2. Стр.53, рис.2.16.
На 3,8 l/λ=0,5 Rиз = 73 Ом (для случая свободного пространства).
На 3,8*0,8 = 3,04 l/λ=0,4 Rиз = 36 Ом
На 3,8*1,2 = 4,56 l/λ=0,6 Rиз = 120 Ом
Если принять, что в этом широком диапазоне Rпот меняется незначительно, то с позиции КПД 2-ий вариант предпочтительней.

[ES1BA]

«Только да или нет» не получится, потому что ответ лежит глубже. В общем случае при отсутствии требований по ДН «эффективность антенны» обусловлена её энергетикой - КПД. КПД определяется отношением излучаемой энергии к суммарной в антенне и зависит от Rизлучения и Rпотерь. В пределах диапазона Rпот меняется незначительно. (Хотя изменение длины на 20% - это много.) А Rиз для вибратора можно определить по зависимости Rиз от отношения длины вибратора к длине излучаемой волны – Основы радиотехники и антенны.Ч 2. Стр.53, рис.2.16.
На 3,8 l/λ=0,5 Rиз = 73 Ом (для случая свободного пространства).
На 3,8*0,8 = 3,04 l/λ=0,4 Rиз = 36 Ом
На 3,8*1,2 = 4,56 l/λ=0,6 Rиз = 120 Ом
Если принять, что в этом широком диапазоне Rпот меняется незначительно, то с позиции КПД 3-ий вариант предпочтительней.

Владимир, вопрос (в примере) был конкретный - частота (фиксированная) - 3.8мгц для всех 3 вариантов.
Вячеслав
P.S. Для простоты понимания вопроса - сопротивление (источника) генератора - 73ом.

[R9LR]

Если кто-то упорно не понимает этого аза электротехники, то это и есть настоящая клиника.

Как то у вас все по докторски- чуть что не по Вам- в клинику или в сад или в библиотеку, а если серьезно-

Если СУ располагается между передатчиком и линией, то волновое линии в общем случае должно быть близким к входному антенны. Добавляются потери падающих и отраженных волн.

А вот тут как мне кажется у Вас ошибочка в рассуждениях- никак низзя исключать распределенную составляющую линии, хотя её влияние можно обратить в пользу ИМХО

Дело вкуса и расчётов – резонансом каких элементов системы можно ограничиться.

По вашей теории всё будет окей, если кабель будет в резонансе с антенной, а выходное сопротивление отлично от кабеля? Может всё таки все элементы системы должны быть согласованы?

[UR5QOP]

Народ, ближе к телу, имею дельту на 3,5мГц сопротивление Ант близко к 100 ом,
КСВ мин=1,28 на 3,550 полотно из полевки, высота подвеса около 15 метров.6 метров РК-75 от прд. к антенне.
Ваши предложения.Мне не нравиться, что по краям диапазона КСВ растет до 2,5( да и КСВ= 1,28 меня не вдохновляет) а на 3,8 вообще около 3.Длина полотна =306,6/f +1метр ( по Ротхамелю для дельты)
Измерял КСВ между антенной и кабелем.
Жду ваших советов
С уважением.Виктор.

[ES1BA]

Ваши предложения.Мне не нравиться, что по краям диапазона КСВ растет до 2,5 а на 3,8 вообще около 3.

Нельзя объять необъятное... (автор не я)

[UR5QOP]

Понятно.Но есть решения.Например, поставит П-контур.Может кто-то был в подобной ситуации.Подскажите.
С уважением. Виктор.

[ES4RZ ex UL7WI]

ТО 595
http://cqham.ru/tuner.htm
Или купите готовый. Я сделал сам для такого случая на 1000 ватт и работаю на дельту 80 еще и на 40 и 30 меров.
Все ДХ экспедиции за 1,5 года отработаны.

[ES1BA]

Например, поставит П-контур

Куда поставить?
Выше уже писАли... все 3 участника процесса (источник, линия передачи и излучатель) должны быть согласованы.
В вашем варианте, приемлимый вариант можно получить только с двухпроводной линией...
Или, как это принято в серьезных антеннах, изменением геометр. размеров излучателя( например, поддиапазон 3500 и 3800).
А в этом конкретном случае, придется ограничиться приоритетным участком диапазона.
Вячеслав

Добавлено через 7 минут

http://cqham.ru/tuner.htm

Володя, поздравляю с преодолением 3000-го рубежа
А по ссылке... все хорошо, но ни слова про линию питания...

[ES4RZ ex UL7WI]

А по ссылке... все хорошо, но ни слова про линию питания...
__________________

Слава, одень очки и прочитай, пожалуйста, вторую строчку текста в ссылке - 50 ом там написано, но у меня 75 ом кабель. Для 100 омной Дельты все хорошо получается от 3500 до 3800 ( КСВ 1:1).
ОФФ
Спасибо за поздравление!

[RV9CX]

Я скажу одно.
Исходная ситуация: у меня стационарно 3 эл с резонансом на 14050 кГц, друг в полях в 4 районе с IV, резонанс которой на 13900 кГц (ну длинновата) с полуволновым кабелем и тюнером. Так вот, связь состоялась ТОЛЬКО когда мы вынуждены были перейти на 13900 (простите меня, Боги), где и я его услышал на 3 балла громче выше шумов, и он меня также примерно. Выводы делайте сами, в полемику ввязываться не склонен, хотя и мнение свое имею.

[R3MO]

Итак 3 варианта:
1 - Имеем резонансный полуволновой диполь на 3,8
2 - Длиннее 1 варианта % на 20 и согласованный шлейфом
3 - Короче 1 варианта % на 20 и тоже согласованный шлейфом (а почему бы не укоротить % на 80 ?).
Так что, все 3 антенны будут одинаково эффективны на 3,8 ?
Просьба, ответы только да или нет.

«Только да или нет» не получится, потому что ответ лежит глубже...
...для случая свободного пространства...

По вашей теории всё будет окей, если кабель будет в резонансе с антенной, а выходное сопротивление отлично от кабеля? Может всё таки все элементы системы должны быть согласованы?

Чтобы вся энергия передатчика попала в антенну (допустим у нас фидер и СУ без потерь) необходимо только одно, чтобы он работал на свою расчетную нагрузку. В этом случае всё равно, где ставить СУ: между передатчиком и фидером или между фидером и антенной.
При реальном же фидере СУ у антенны выгоднее с точки зрения потерь в фидере, т.к. КСВ в нем будет единица и потери минимальны.

Добавлено через 12 минут

...друг в полях в 4 районе с IV, резонанс которой на 13900 кГц (ну длинновата) с полуволновым кабелем и тюнером. Так вот, связь состоялась ТОЛЬКО когда мы вынуждены были перейти на 13900 (простите меня, Боги), где и я его услышал на 3 балла громче выше шумов, и он меня также примерно.

И какой вывод? Слишком мало у Вас информации для каких-то выводов. Хотя бы ещё значения КСВ надо знать...
Здесь поднимался вопрос, как правильней настраивать антенну по минимуму КСВ или по резонансу. Практически можно и так и так, потому что они обычно находятся рядом. От этого и возникают трудности при попытках проверить это экспериментально.

[UR4III]

Владимир, вопрос (в примере) был конкретный - частота (фиксированная) - 3.8мгц для всех 3 вариантов.
Вячеслав
P.S. Для простоты понимания вопроса - сопротивление (источника) генератора - 73ом.

Я Вам конкретно и ответил. Более длинная антенна, согласованная с генератором имеет лучшее КПД.

Добавлено через 12 минут

Как то у вас все по докторски- чуть что не по Вам- в клинику или в сад или в библиотеку,

Это не у меня, а у оппонентов. Прочтите исходную тему. Конечно, и я не железный.

Цитата:
Сообщение от UR4III
Если СУ располагается между передатчиком и линией, то волновое линии в общем случае должно быть близким к входному антенны. Добавляются потери падающих и отраженных волн.

А вот тут как мне кажется у Вас ошибочка в рассуждениях- никак низзя исключать распределенную составляющую линии, хотя её влияние можно обратить в пользу ИМХО

В чём ошибка?
Чем ближе волновое линии к входному антенны, тем меньше потерь в линии в режиме смешанных волн.

Цитата:
Сообщение от UR4III
Дело вкуса и расчётов – резонансом каких элементов системы можно ограничиться.

По вашей теории всё будет окей, если кабель будет в резонансе с антенной, а выходное сопротивление отлично от кабеля? Может всё таки все элементы системы должны быть согласованы?

Что такое "кабель в резонансе с антенной"?
Что такое "выходное сопротивление отлично от кабеля"?
СУ между линией и антенной - система "СУ + антенна" в резонансе. В линии КСВ=1.
СУ между передатчиком и линией - система "СУ + линия + антенна" в резонансе. КСВ между передатчиком и линией = 1.
Считайте, выбирайте, какой вариант в ваших условий более удобен.

[RN3AHT/WWW]

Первоначально, наличие резонанса у антенны требует ТОЭ.
Конечно, иногда для получения необходимой ДН, многодиапазонности, наличия места или материалов для антенны , и т.д., применяются излучатели не резонансной длины. Но тогда антенна НАСТРАИВАЕТСЯ в резонанс, при помощи всяких шлейфов, тюнеров и пр. При этом сам излучатель так и остается не резонансным, а вся система чтото+излучатель в резонансе. И тогда приступают к СОГЛАСОВАНИЮ сопротивлений. Согласования сопротивления системы, тк в резонансе оно без реактивности. Согласовывают только R. Комплексные сопротивления, сопряженные не являются согласованными. См ТОЭ.
В линиях, в теории настроенных линий, применяют термин настройка линии, когда сопротивлении комплексно сопрягается. Но это не имеет также отношения к согласованию линии. Более того, коаксиальный кабель НЕ ПРЕДНАЗНАЧЕН для работы в не согласованных линиях, и в настраиваемых.
Физика процессов, происходящих в нем отлична от двухпроводок или волноводов. В общем случае все коаксиалы теряют свои волноводные свойства при КСВ отличном от 1. При КСВ более 3-6, это уже просто моток проволоки.

Вторым поводом, конечно, являются свойства антенны, проявляемые ей в резонансе. О которых писали ДК и СХ.


Про КСВ. Потери в линии НЕ ЗАВИСЯТ от КСВ. КСВ определяет только потери мощности на рассогласовании. Более того, КСВ вообще не является параметром линии и никак не характеризует ее.
Однако, для определенного типа кабеля, можно снять экспериментальную зависимость и составить табличку ОДНОВРЕМЕННОГО изменения потерь И!(не от!) КСВ. НЕ зависимость одного от другого, а именно одновременное изменение обоих. Что позволяет на практике, по КСВ ОЦЕНИВАТЬ потери в данном типе кабеля.

Настройка антенны в резонанс по КСВ очень коварна. Ей можно пользоваться, но только точно зная сопротивление антенны(не теоретическое). Более того минимум КСВ можно получить и при комплесном сопротивлении антенны, и нельзя не учитывать что кабель внесет свои реактивности в видимое сопротивление.
Применение полуволнового отрезка кабеля возможно, но и здесь полно неожиданностей, не зная которых, можно впасть в заблуждение. Более того, при такой настройке, лучше применять кабель с возможно большим волновым сопротивлением.

В любом случае, при настройки антенны НЕОБХОДИМО применять соответствующие приборы. АА, MFJ и тд. Настройка по КСВ метру возможна только как аварийная и при наличии знаний и опыта, хотя и это не гарантирует от ошибок, т.к. такой метод является слепым, косвенным.

[RZ9CJ]

Хотя критерием настройки должна быть напряжённость поля у корреспондента.

Вот он - критерий оценки работы антенны.
Считаю что антенну нужно настраивать по
максимальному уровню излучения.

[R3MO]

Первоначально, наличие резонанса у антенны требует ТОЭ.

Ссылочку можно?

Но тогда антенна НАСТРАИВАЕТСЯ в резонанс, при помощи всяких шлейфов, тюнеров и пр. При этом сам излучатель так и остается не резонансным, а вся система чтото+излучатель в резонансе.

Неправда. Иногда анетенна с произвольным импедансом соединяется фидером с П-контуром лампового выходного каскада. Выходной импеданс П-контура комплексно сопряжен с входным фидера.

...И тогда приступают к СОГЛАСОВАНИЮ сопротивлений.

Это только те, кто по-другому не умеют.

Комплексные сопротивления, сопряженные не являются согласованными. См ТОЭ.

Ссылочку, ссылочку будте любезны. Мы посмотрим...

В линиях, в теории настроенных линий, применяют термин настройка линии, когда сопротивлении комплексно сопрягается. Но это не имеет также отношения к согласованию линии.

Сопряжение импедансов - это согласование ВСЕГДА И ВСЕГО.

Более того, коаксиальный кабель НЕ ПРЕДНАЗНАЧЕН для работы в не согласованных линиях, и в настраиваемых.

Тем не менее прекрасно работает.

Физика процессов, происходящих в нем отлична от двухпроводок или волноводов.

Абсолютно то же самое. В коаксиале, в отличие от двухпроводной линии только отсутствуют потери на излучение.

В общем случае все коаксиалы теряют свои волноводные свойства при КСВ отличном от 1.

Ну надо же... Открытие!!!

Вторым поводом, конечно, являются свойства антенны, проявляемые ей в резонансе.

Единственное свойство - равенство нулю реактивной составляющей.

Про КСВ. Потери в линии НЕ ЗАВИСЯТ от КСВ. КСВ определяет только потери мощности на рассогласовании. Более того, КСВ вообще не является параметром линии и никак не характеризует ее.

КСВ характеризует не саму линию, а режим её работы. КСВ конкретной линии зависит только от её нагрузки. Чем больше КСВ, тем больше в линии запасено энергии и тем больше абсолютные потери - омические и диэлектрические. Не надо с голой пяткой наскакивать на азбучные истины.

Однако, для определенного типа кабеля, можно снять экспериментальную зависимость и составить табличку ОДНОВРЕМЕННОГО изменения потерь И!(не от!) КСВ. НЕ зависимость одного от другого, а именно одновременное изменение обоих. Что позволяет на практике, по КСВ ОЦЕНИВАТЬ потери в данном типе кабеля.

Ага... А ток от напряжения не зависит... Но можно "составить табличку ОДНОВРЕМЕННОГО изменения" тока и напряжения. " НЕ зависимость одного от другого, а именно одновременное изменение обоих."
"Что позволяет на практике, по" напряжению "ОЦЕНИВАТЬ" ток.
ИГОРЬ, ВЫ ПРОСТО ГЕНИЙ!!!
На самом деле экспериментально надо определить только потери в линии при КСВ=1. Потери при других КСВ можно рассчитать.

Добавлено через 18 минут

Более того минимум КСВ можно получить и при комплесном сопротивлении антенны...

Минимум должен быть не просто минимум, а близок к единице. Так же, как и резонанс при R=1ом, или 1000ом никому не интересен.

...нельзя не учитывать что кабель внесет свои реактивности в видимое сопротивление.

Да Вы просто тут учебник скоро напишите... У кабеля нет "своей" реактивности. Он любое сопротивление, на которое нагружен трансформирует по определенному закону - может, как добавить реактивность, так и убавить.