Блеск и нищета «отличников»

[UR4III]

С подачи Владимира RA6FOO несколько лет назад я познакомился с его моделью «Кольцо Проценко» и несколько позже со статьёй - Проценко М.Б., Мамедов Н.И. «Анализ направленных свойств двухвходовой рамочной антенны». (Модель приведена ниже).

Я в ту пору занимался поиском методов увеличения сопротивления излучения укороченных антенн и первое, что бросилось в глаза, это высокие величины активной части входных сопротивлений антенны. В процессе понимания физики работы этой антенны оказалось, что Rизл к увеличению активной части входного сопротивления отношения не имеет, но появилась идея, что наличие в полотне антенны двух источников увеличивает её усиление за счёт КНД. Тем самым, укороченная антенна по усилению в отдельных направлениях приближается к усилению полноразмерных. Были проработаны модели нескольких простых антенн с замкнутым и разомкнутым полотном, которые подтвердили это. В качестве эксперимента была выбрана укороченная Инвертед Ви.

Модели укороченной и полноразмерной антенн для диапазона 160 м. приведены ниже. На вкладке «Диаграмма направленности» видно, что под углом к горизонту 30° и ниже укороченная выигрывает у полноразмерной. С неё и начал.

Практика показала, что антенна вполне работоспособна. Среднее подавление, как и предсказывала модель, при переключении ДН была в 1 балл, хотя были случаи и по более. Приятное впечатление произвело подавление помех.
Результаты эксперимента привёл в теме - IV

Каково же было моё удивление, когда участник под ником Peter Pychtin, вдребезги «разгромил» двухвходовое питание этой антенны, просчитав её КПД, которое оказалось ниже плинтуса. Когда-то он делал нечто подобное на УКВ и то, что влилось в антенну через один вход, вылилось, через второй, ставший выходом.
Для меня это было шоком, так как не соответствовало практике работы антенны. Впоследствии DL1PBD подтвердил правильность расчётов Peter-а и посоветовал прочитать первые две главы учебника Бессонова. Также правильность расчёта подтвердили R3MO и UA4NE. Расчёт R3MO привожу.



Первое, что бросилось в глаза и вызвало сомнение это соответствие методики расчёта реальности. Слишком большая величина реактивности плещется в антенне без работы.
Да, я, как и многие радиолюбители, ТОЭ не изучал. Пришлось полистать. Наверное, не только я это сделал.
Итак, к каким выводам я пришёл. Главный – а справедлива ли эта методика для цепей ВЧ тока?

Давайте сравним эти цепи.

1.Цепь квазистационарного тока.
Обязательно должна быть замкнутой. Ток на всех участках цепи одинаков по величине. Напряжение (падение напряжения) существует на всех элементах цепи.

Предположим, что в цепи находятся два источника эдс, включенных встречно, с разной их величиной, а также несколько потребителей энергии. Тогда величина тока в цепи будет определяться разностью эдс источников, один из которых переводится в разряд потребителя, делённой на сумму сопротивлений потребителей. При этом напряжение и ток в цепи будут совпадать по фазе.
Если в цепь включить реактивный элемент (индуктивность или сопротивление), то результирующий ток будет отклоняться по фазе от напряжения источника и потребители не получат полностью причитающуюся им энергию.
Это и есть классическая ситуация применения указанного метода электротехники в антенной цепи. Во входном сопротивлении вы получите активную и реактивную части, свидетельствующие, что антенна излучает мизер, а остальная энергия делает в антенне не знамо что.

2.ВЧ ток.
ВЧ ток в замкнутости цепи не нуждается. Ток по длине антенны за исключением антенн с бегущими волнами тока не постоянен по величине. Напряжение присутствует только на клеммах источников. Полотно антенны не содержит реактивных элементов, а реактивность в её входном сопротивлении является результатом набега фаз источников.

И наконец, самое страшное: ток в антенне не знает, какой он реактивный или активный, так как напряжения нет, и излучает, подлец, по всей длине антенного полотна.

Насколько методика ТОЭ применима к антеннам судить вам, читатель. Я же обошёлся простым способом: построил векторную диаграмму токов и напряжений источников обсуждаемой антенны. Вы тоже можете сделать это, также как R3MO и UA4NE ранее.

Данные источников: w1c U=0.00-j1.00 I=0.37+j0.08
w4c U=1.00+j0.00 I=0.08+j0.37

У одного источника угол между током и напряжением равен около 77°, у второго аж 103°!

Неправда ли, интересные углы! Один не доходит на 13° к 90°, а другой на те же 13° опережает 90°.

Если разложить вектора токов на составляющие: одну под 90° к напряжению – реактивный ток, а вторую совместить с осью вектора напряжения, то получим, что у одного источника составляющая совпадёт по фазе с напряжением, т.е. этот источник выдаёт энергию в антенну, а у второго будет противофазна вектору напряжения. Т.е. ток течёт против эдс источника и потому источник по ТОЭ является потребителем энергии.

Какая же величина энергии выдаётся и потребляется источниками?

Если принять величину вектора тока за единицу, то его осевые составляющие по вектору напряжения равны примерно 2% от величины тока. Следовательно, только около 4% энергии, поставленной в антенну, маршируют от одного источника к другому!

А что делают остальные 96% энергии? Вопрос риторический!

Приехали, господа! Надеюсь, более не стоит доказывать, что ваша электротехническая методика расчёта баланса энергии в антенне и её КПД для ВЧ тока не годится.

Ну, забью последний гвоздь! Приближенное, но реальное значение КПД антенны можно определить по Ga и F/B, рассчитанные ММАНой. Для данной антенны оно колеблется в пределах 35-45% от заложенной в расчёте земли и материала антенны.
Мало? Но вполне достаточно для работы в эфире. Аргументы выше.

Теперь о печальной стороне дискуссии по этой антенне. Всё, что я описал давно известно R3MO и UA4NE. Вместо опровержения изложенных доказательств МОЛЧАНИЕ!

Ну, хорошо если бы только молчание, возможно нужно время для осознания собственной неправоты. Однако, к примеру R3MO создаёт тему за темой на этом и других форумах, где приводит собственный расчёт КПД антенны и вопрошает к публике: я прав? Конечно, прав! – говорят спецы по ТОЭ, не сомневаясь в правильности постановки задачи. Последний шабаш здесь - IV от UR4III

Для чего он это делает? Может быть, как написал И.Гончаренко, для собственного ЧСВ и поднятия уровня IQ?

DL1PBD попросил модераторов этого форум наказать меня за личное оскорбление. Стар я, с рождения вежлив и не помню, где это я его обидел. Доказательств он не привёл. Там, где по памяти ошибся, я извинился, а на всякие предъявы – у меня другой ответ.

Извините, мне одному кажется, что оппоненты вместо конструктивного обсуждения по существу и признания своих ошибок просто перешли на личность и не только мою. Нужно опозорить человека, а со временем забудется, то ли он украл, то ли у него украли.

Главное, страдает новое направление в конструировании антенн. Кто же будет делать эту антенну, для питания которой нужно строить ГЭС?

Мне эти бла-бла совершенно по барабану, а вот двухвходовое питание я в обиду не дам!

Вот риторический вопрос. Образовалась некая группа «теоретиков». Их гоняют с одного сайта на другой, с одной темы на другую. Сколько практических выводов, решений полезных для радиолюбителей, эта группа сделала?
Может ну, её эту теорию?

Извините за длинный текст.

[RA6FOO]

Каково же было моё удивление, когда участник под ником Peter Pychtin, вдребезги «разгромил» двухвходовое питание этой антенны, просчитав её КПД, которое оказалось ниже плинтуса. Когда-то он делал нечто подобное на УКВ и то, что влилось в антенну через один вход, вылилось, через второй, ставший выходом.
Для меня это было шоком, так как не соответствовало практике работы антенны. Впоследствии DL1PBD подтвердил правильность расчётов Peter-а и посоветовал прочитать первые две главы учебника Бессонова. Также правильность расчёта подтвердили R3MO и UA4NE.

КПД антенны можно рассчитать как минимум тремя разными методами.
Все они дают результаты, близкие к заявленному вами, и все дают КПД на
несколько процентов выше заявленного вами и в разы выше, чем у перечисленных вами.
Каждый из них преследовал свои цели.
Я бы не стал обращать на это внимание и поднимать вопрос.

[UA4NE]

Влад, дьявол кроется в мелочах. Модель MMANA дает КПД и Ga без учета потерь в согласующем устройстве и в системе фазирования. КПД реальной Вашей антенны будет существенно зависеть от тепловых потерь в этих дополнительных цепях и от того, с какой степенью ответственности Вы подойдете к их разработке. Степень ответственности должна быть примерно такой, как при изготовлении настроенной магнитной рамки соответствующих электрических габаритов. Потому что сопротивление излучения Вашей антенны крайне малое и очень близко к нулю.

Чудес не бывает, природу не обмануть.

И MMANA нас не обманывает, она модель правильно считает. Но она считает не всю антенну, а только ее часть, т.е. ту модель, что в нее введена. Но эта модель существенно не полна, в ней отсутствуют существенные части системы, кардинально влияющие на ее характеристики. Это два согласующих устройства на реактивных элементах, система фазирования и распределения мощности между портами модели. Всё это в комплекте с вашим излучателем образует колебательную систему, настроенную в резонанс. Потери в этих частях должны быть добавлены к потерям в металле вашего излучателя.

Чтобы маленькая антенна стала эффективной, она должна иметь добротность, соответствующую ее электрическим габаритам. Чем меньше антенна, тем больше должна быть добротность и (как следствие) тем уже будет полоса частот. Из этого правила нет исключений.

Если Вам не удается конструктивно реализовать требующуюся добротность, то надо забыть об эффективности, о высоком КПД и Ga.

В своем сообщении Вы забыли упомянуть мнение И.В. Гончаренко об антеннах подобного класса и о трудностях в их реализации.

Пока же ситуация такова. В соответствии с расчетом вышей модели для того чтобы излучить один ватт, через вашу антенну нужно прокачать 300 ватт. Это можно сделать по-разному:

1) Нужен одноваттный передатчик, но тогда ваша система должна иметь добротность 300 и соответствующую исчезающе-малую полосу пропускания.

2) Нужен 300-ваттный передатчик и можно ничего не согласовывать и не настраивать.

В обоих случаях в эфир уйдет 1 ватт. Это не такая уж и маленькая мощность для энтузиастов, увлекающихся QRP. Между этими двумя крайними случаями есть масса промежуточных вариантов.

[RA6FOO]

Ужасная каша из антенны, СУ, мифических добротностей и чужих мнений, иногда ошибочных.
СУ - это не антенна, Михаил. Хуже того, вы даже ни конструкции СУ Влада, ни параметров её не знаете.
Вы уж о чём нибудь одном, об антенне или о СУ.

[RU3ACM]

Пока же ситуация такова. В соответствии с расчетом вышей модели для того чтобы излучить один ватт, через вашу антенну нужно прокачать 300 ватт

На самом деле ситуация совсем не такова
Постоянно прокачивать 300 Вт совсем не нужно, они "закачаются" в переходный период.

[UA4NE]

они "закачаются" в переходный период.

Валера, я Станиславский. Я не верю, что антенна Влада в реальности хотя бы отдаленно близка к первому варианту. Скорее, там какой-то промежуточный вариант ближе ко второму. Вероятно, что-то копится и "закачивается", но относительно немного.

Я не видел у Влада трансформаторов с проводами обмоток толщиной в палец. При его подходе к конструированию СУ, от необходимой добротности 300 там ничего уже не осталось.

Хотел бы ошибиться, но схем и фотографий мы, вероятно, не увидим.

[RQ3P]

Валера, я Станиславский.

"Доктора!"(с)

[RW3VZ]

Норм.
Пятница только завтра.
Но режим изоляции ускоряет её приближение..
День будет сделан...

[UA4NE]

страдает новое направление в конструировании антенн.

С интересом буду следить за новостями в новом направлении конструирования антенн.

[RU3ACM]

Валера, я Станиславский. Я не верю, что антенна Влада в реальности хотя бы отдаленно близка к первому варианту.

Миша, и я не верю.
Получить из одного источника два точно таких же генератора, как в модели, не реально.
Легче пустить два одинаковых синуса от двух лазерных генераторов и наблюдать стоячие волны.

Но, страхи про жуткие потери тоже преувеличены.
Вас же не смущает контур Фукса с "дикими" реактивными токами?
А у Влада ситуация похожая - это резонансный воздушный трансформатор с двумя выходными обмотками.
Высокую добротность такого контура можно получить без особых усилий.

[UA4NE]

Вас же не смущает контур Фукса с "дикими" реактивными токами?

Не смущает. У контура Фукса Q=300 (предположим) - это холостая добротность, и контур этот нагружен на полноразмерный диполь с добротностью порядка десяти. Отношение холостой и нагруженной добротностей 30 раз, поэтому на общий КПД системы контур Фукса (это и есть аналог нашего СУ) практически не повлияет.

Здесь же ситуация совсем иная. Тут вместо полноразмерного диполя с добротностью 10 к СУ подключается огрызок (прошу прощенья) с добротностью 300. Какой теперь должна быть холостая добротность СУ, чтобы она повлияла на общий КПД в той же степени, как и контур Фукса в антенне Фукса? Умножаем на 300 на 30 и получаем ... Q=9000. Реально ли это повторить на практике?

Вопрос риторический.

Это не означает, что добротность СУ в антенне Влада должна быть именно 9000. Это просто пример того, что укороченные и полноразмерные антенны - это две большие и очень существенные разницы. "Мерки" для них должны быть разными. Как и принципы конструирования.

В параллельной теме на примере модели "флага" (с двумя источниками) приведен пример расчета, где после внесения даже самых скромных дополнительных потерь, изначально высокий КПД короткой антенны резко обрушивается до самых неприличных величин.

[RU3ACM]

Не смущает. У контура Фукса Q=300 (предположим) - это холостая добротность, и контур этот нагружен на полноразмерный диполь с добротностью порядка десяти. Отношение холостой и нагруженной добротностей 30 раз,

У Вас какой-то "нездоровый" интерес к добротностям
По-жизни все гораздо проще - пусть сопротивление контура на резонансной частоте 5 кОм, входное вибратора тоже 5 кОм. Получили согласование без всяких добротностей.

Добротность куска проволоки вопрос философический.
Такой вопрос задавал несколько раз, внятного ответа не услышал.

[Слушатель эфира]

Тут вместо полноразмерного диполя с добротностью 10 к СУ подключается огрызок (прошу прощенья) с добротностью 300. Какой теперь должна быть холостая добротность СУ, чтобы она повлияла на общий КПД в той же степени, как и контур Фукса в антенне Фукса? Умножаем на 300 на 30 и получаем ... Q=9000. Реально ли это повторить на практике?

Это немного преувеличено в том плане, что не надо стремиться добиться того же КПД, тем более, что это изначально невозможно, при любой добротности СУ. Это потому, что КПД самого провода излучателя уже очень далёк от 100% и близок к 40%, ввиду низкого Rизл. Потому Q для согласующего устройства не требуется такого порядка, как Вы пишете, но, всё равно, достаточно критично. А отсюда и узкая полоса безподстроечной работы

[UA4NE]

Да, конечно, я преувеличиваю чутка.

===

Валера, добротность вашего (электрически короткого, уточняю) куска можно посчитать по формуле Q = X / (Rпров + Rизл). Когда вы его достроите индуктивностью до резонанса, X будет равно характеристическому сопротивлению системы.

[RU3ACM]

Миша, по Вашей формуле добротность моего полуволнового диполя равна НУЛЮ.

Добавил.
...и эта добротность дико зависит от точки подключения кабеля к диполю